Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist eine Bearbeitungseinheit gemäss Oberbegriff des Patentanspruches 1.
Bearbeitungseinheiten der im Oberbegriff des Patentanspruches 1 genannten Gattung sind bekannt.
Eine solche Bearbeitungseinheit, wie sie durch die Firma Otto Suhner AG, CH-5200 Brugg, hergestellt wird, weist eine in einem Maschinengehäuse axial verschiebbare Pinole auf, in welcher eine Arbeitsspindel drehbar gelagert ist. Die Arbeitsspindel wird durch einen auf dem Gehäuse angeordneten Antriebsmotor über ein Wechselrad- oder Planetengetriebe angetrieben. Die axiale Verschiebung der Arbeitsspindel für den Arbeitsvorschub erfolgt mit einem parallel zur Spindel angeordneten Pneumatikzylinder; das Bremsen hydraulisch. Die beiden Antriebe sind steuerungsmässig nicht miteinander verbunden. Der Vorschub wird mittels verschiebbaren mechanischen Anschlägen festgelegt. Der Spindelantrieb benötigt entsprechende Steuersignale von einem externen Steuergerät.
Die Beschaffung eines entsprechenden Steuergerätes und dessen Programmierung ist insbesondere beim Einsatz einer einzelnen Bearbeitungseinheit oder einer geringen Stückzahl aufwendig.
Der pneumatisch betätigte Vorschub der Spindel erlaubt es zudem nicht, präzise Vorschubgeschwindigkeiten und -wege reproduzierbar vorzunehmen.
Hier will die Erfindung Abhilfe schaffen.
Die Erfindung, wie sie in den Ansprüchen gekennzeichnet ist, löst die Aufgabe, eine Bearbeitungseinheit zu schaffen, deren sämtliche Betriebsabläufe völlig autonom, d.h. unabhängig von einer externen Steuerungsanlage erfolgen können, und mit der reproduzierbare axiale Bewegungen und Drehzahlen der Spindel möglich sind.
Es gelingt mit der erfindungsgemässen Bearbeitungseinheit, Bohr-, Senk-, Gewindeschneide- und auch Fräsarbeiten durchzuführen, ohne dass dazu separat entsprechende Steuerungseinheiten konzipiert, hergestellt und mit der Bearbeitungseinheit verbunden werden müssen. Im weiteren kann die Bearbeitungseinheit unabhängig von einem Druckluftnetz betrieben werden, weil auch der Arbeitsvorschub durch einen Elektroantrieb erfolgt. Die Verwendung einer Kugelumlaufspindelanordnung für den axialen Vorschub der Arbeitsspindel ermöglicht den Einsatz der Bearbeitungseinheit für präzise Arbeiten, z.B. für das Gewindeschneiden.
Anhand eines illustrierten Ausführungsbeispieles wird die Erfindung näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Bearbeitungseinheit mit Motorantrieb und
Fig. 2 einen Längsschnitt durch die Bearbeitungseinheit.
In Fig. 1 ist schematisch eine Bearbeitungseinheit 1 dargestellt. Am Gehäuse 3, welches die Arbeitsspindel 5 aufnimmt, ist gegenüber der Werkzeugaufnahme 7 ein Antriebsträger 9 befestigt, welcher im Innern z.B. ein Riemengetriebe mit Wechselrädern aufweist, mit dem der Bearbeitungsart entsprechende Drehzahlbereiche grob gewählt werden können. Über dem Gehäuse 3 sitzt am Antriebsträger 9 ein Antriebsmotor 11 für die Arbeitsspindel 5. Anstelle des Motors 11 kann am antriebsseitigen Ende des Gehäuses 3 auch eine flexible Welle (keine Darstellung) angeschlossen sein. Das Wechselradgetriebe und der Spindelantrieb entspricht soweit den bekannten Vorrichtungen.
Im Längsschnitt durch die Bearbeitungseinheit 1 gemäss Fig. 2 ist die Arbeitsspindel 5 in einer im Gehäuse 3 axial verschiebbaren hohlen Pinole 13 drehbar, jedoch axial unverschiebbar gelagert. Die beiden dargestellten Lagerstellen 15, in der Regel Wälzlager, für die Arbeitsspindel 5 in der Bohrung 12 der Pinole 13 sind im vorderen Teil der Pinole 13 angeordnet; im hinteren, dem Antriebsträger 9 zugewandten Teil der Pinole 13 ist zwischen der in diesem Bereich einen geringeren Durchmesser aufweisenden Arbeitsspindel 5 und der Bohrung 12 in der Pinole 13 eine rohrförmige Leitspindel 17 drehbar eingesetzt. Eine im Gehäuse 3 abgestützte Lageranordnung 19 trägt die Leitspindel 17 koaxial und mit Spiel sowohl zur Arbeitsspindel 5 als auch zur Pinole 13.
Auf dem hinteren Ende der Leitspindel 17, das über das Gehäuse 3 hinausragt, ist eine Riemenscheibe 21 drehfest aufgesetzt, über welche ein zur Riemenscheibe 22 an einem zweiten Antriebsmotor 23 führender Riemen 25 umläuft. Der Antriebsmotor 23 kann am Antriebsträger 9 oder am Gehäuse 3 angeflanscht sein und ist als Schrittmotor ausgebildet. Anstelle eines Flach- oder Zahnriemens 25 könnte auch ein Zahnradgetriebe treten (keine Abbildung).
Auf der Mantelfläche der Leitspindel 17 sind ein oder mehrere Gewindegänge 37 angebracht. Eine Leitmutter 27, welche drehfest und axial unverschiebbar mit der Pinole 13 verbunden ist, steht in Eingriff mit den Gewindegängen 37 auf der Leitspindel 17. Die Verbindung zwischen der Leitspindel 17 und der Leitmutter 27 kann direkt durch das Gewinde erfolgen oder es können Kugeln eingesetzt sein, so dass eine Kugelumlaufanordnung an sich bekannter Ausbildung entsteht.
Das hintere Ende der Arbeitsspindel 5 ist polygonförmig ausgebildet und axial verschiebbar in einer entsprechend geformten Bohrung 29 in einer Riemenscheibe 31 im Antriebsträger 9 angeordnet. Anstelle einer polygonförmigen Ausbildung könnte das Ende der Spindel 5 auch mit einer oder mehreren Keil nuten versehen sein. Die Riemenscheibe 31, welche axial unverschiebbar im Gehäuse 34 des Antriebsträgers 9 gelagert ist, wird durch einen Riemen 33 über die Riemenscheibe 22 am Motor 11 angetrieben. Die austauschbaren Riemenscheiben 22 und 31 können zwecks Grobeinstellung der Übersetzungsverhältnisse unterschiedliche Durchmesser aufweisen. Anstelle des gezeigten Flachriemens 33 kann auch ein Zahn- oder Keilriemen treten. Es ist auch denkbar, den Riemenübertrieb durch ein Zahnradgetriebe zu ersetzen.
Der Motor 11 für den Antrieb der Arbeitsspindel 5 und der zweite Motor 23 für den Antrieb der Leitspindel 17 sind mit einer gemeinsamen Steuerung und Speisung 35 verbunden. Die Steuerung 35 ist vorzugsweise direkt am Antriebsträger 9 befestigt; sie kann, falls es die Umstände erfordern, auch an einem andern Teil der Bearbeitungseinheit 1 oder extern als autonome Einheit oder als ein Einschub in einem Steuerkasten angeordnet sein.
Die Steuerung weist einen Frequenzwandler auf, der zur Drehzahlsteuerung des Motors 11 und 23 dient. Im weiteren enthält die Steuerung softwareseitig einen Logikteil, in welchem die Grundfunktionen der Bewegungsabläufe, bzw. -Zyklen beim Bohren, Bohren mit Stufenbohrer, Bohren mit Sprungschaltung, Bohren mit Entspänen, Rückwärtssenken, Gewindeschneiden etc. gespeichert sind. Die Drehzahlen, Vorschubgeschwindigkeiten bei in Eingriff stehendem Werkzeug sowie beim Zu- und Wegfahren des Werkzeuges, die Drehrichtung und/oder der Zeitabschnitt für die Zufuhr von Kühlmittel etc. können individuell als Variable Grössen eingegeben werden. Die Eingabe kann direkt an der Steuerung, durch eine Fernsteuerung oder über mittels einem mit einem Schnittstellenkabel verbundenen externen Computer erfolgen. Der Logikteil dient auch zur Steuerung des Frequenzwandlers.
Die Eingabe der variablen Daten erfolgt durch ein step-by-step Programm, das auf dem Display erscheint und die Bedienungsperson Schritt um Schritt auffordert sämtliche, für den durchzuführenden Arbeitszyklus notwendigen Angaben einzugeben.
Die Steuerung ist im weiteren derart aufgebaut, dass während des Arbeitszyklus laufend der von der Spindel zurückgelegte Weg angezeigt werden kann.
Im folgenden wird die Arbeitsweise der erfindungsgemässen Bearbeitungseinheit erläutert.
In der in Fig. 2 dargestellten Anordnung befindet sich die Arbeitsspindel 5 in eingezogener Stellung, d.h. die Pinole 13, welche die Arbeitsspindel 5 trägt, steht in Anschlag mit der axial unverschiebbar im Gehäuse 3 angeordneten Leitspindel 17. Zum Vorschieben der Arbeitsspindel 5 wird von der Steuerung 35 mittels des Antriebsmotors 23 die Leitspindel 17 in Drehung versetzt. Durch diese Drehbewegung verschiebt sich die Pinole 13, welche drehfest mit der Leitmutter 27 verbunden ist, nach links. Die Geschwindigkeit des Vorschubes der Pinole 13 mit der darin axial unverschiebbar eingesetzten Arbeitsspindel 5 ist eine direkte Funktion der Drehzahl n der Leitspindel 17 und der Steigung des auf der Leitspindel 17 angebrachten Gewindes 37.
Der Antriebsmotor 11 der Arbeitsspindel 5 kann wahlweise und in Abhängigkeit von der durchzuführenden Arbeit gleichzeitig mit dem Antrieb der Leitspindel 17 eingeschaltet und über den Riemen 33 die Arbeitsspindel 5 in Drehung versetzen. Ein Einfluss auf die Vorschubgeschwindigkeit der Spin del 5 besteht nicht, da die beiden Bewegungsabläufe mechanisch vollständig unabhängig voneinander erfolgen und nur durch die Steuerung der beiden Motoren 11, 23 beeinflussbar sind.
Die gegenseitige Abstimmung der Drehzahlen der beiden Motoren 11 und 23 bzw. die Drehzahl und die Vorschubgeschwindigkeit der Arbeitsspindel 5 erfolgt durch das jeweils der Steuerung 35 eingegebene Programm.
Nebst den Umfangs- und Axialgeschwindigkeiten der Arbeitsspindel 5 wird durch die Steuerung 35 gleichzeitig der Arbeitshub und, sofern nötig oder erwünscht, z.B. beim Gewindeschneiden oder Bohren, eine oder mehrere Drehrichtungs- und/oder Hubumkehrungen zum Auswerfen von Spänen nach vorgebbaren Programmen automatisch durchgeführt werden. Anpassungen an sich ändernde Voraussetzungen während des Einsatzes, z.B. infolge Werkzeugabnutzung oder Konstruktionsänderungen am zu bearbeitenden Werkstück, können direkt an der Bearbeitunseinheit vorgenommen werden, ohne dass andere Teile einer Anlage davon berührt werden.
Eine Drehzahlmessvorrichtung 41, welche die Drehzahl n der Arbeitsspindel 5 permanent überwachen kann, besteht aus einer Zahnscheibe 43 und einer Gabellichtschranke 45.
Durch einen permanenten Vergleich der Ist-Werte mit gespeicherten Soll-Werten kann der Verschleiss des Werkzeuges festgestellt werden.
The present invention relates to a processing unit according to the preamble of patent claim 1.
Processing units of the type mentioned in the preamble of claim 1 are known.
Such a processing unit, as manufactured by Otto Suhner AG, CH-5200 Brugg, has a sleeve which can be axially displaced in a machine housing and in which a work spindle is rotatably mounted. The work spindle is driven by a drive motor arranged on the housing via a change gear or planetary gear. The work spindle for the work feed is axially displaced with a pneumatic cylinder arranged parallel to the spindle; braking hydraulically. The two drives are not connected to each other for control purposes. The feed is determined by means of movable mechanical stops. The spindle drive requires corresponding control signals from an external control device.
The procurement of a corresponding control unit and its programming is particularly complex when using a single processing unit or a small number of pieces.
The pneumatically operated feed of the spindle also does not allow reproducible precise feed speeds and paths.
The invention seeks to remedy this.
The invention, as characterized in the claims, solves the problem of creating a processing unit, all of which are completely autonomous, i.e. can be done independently of an external control system, and with which reproducible axial movements and speeds of the spindle are possible.
With the processing unit according to the invention, it is possible to carry out drilling, countersinking, thread cutting and also milling work without the need for separate control units to be designed, manufactured and connected to the processing unit. Furthermore, the processing unit can be operated independently of a compressed air network because the work feed is also carried out by an electric drive. The use of a ball screw arrangement for the axial feed of the work spindle enables the processing unit to be used for precise work, e.g. for thread cutting.
The invention is explained in more detail with the aid of an illustrated embodiment. Show it:
Fig. 1 is a schematic representation of a processing unit with a motor drive and
Fig. 2 shows a longitudinal section through the processing unit.
A processing unit 1 is shown schematically in FIG. 1. On the housing 3, which accommodates the work spindle 5, a drive carrier 9 is fastened opposite the tool holder 7, which inside e.g. has a belt transmission with change wheels with which the speed ranges corresponding to the type of machining can be roughly selected. A drive motor 11 for the work spindle 5 sits on the drive carrier 9 above the housing 3. Instead of the motor 11, a flexible shaft (not shown) can also be connected to the drive-side end of the housing 3. The change gear and the spindle drive correspond so far to the known devices.
In the longitudinal section through the processing unit 1 according to FIG. 2, the work spindle 5 can be rotated in a hollow sleeve 13 which is axially displaceable in the housing 3, but is axially immovable. The two illustrated bearing points 15, usually roller bearings, for the work spindle 5 in the bore 12 of the sleeve 13 are arranged in the front part of the sleeve 13; In the rear part of the sleeve 13 facing the drive carrier 9, a tubular lead screw 17 is rotatably inserted between the work spindle 5, which has a smaller diameter in this area, and the bore 12 in the sleeve 13. A bearing arrangement 19 supported in the housing 3 carries the lead screw 17 coaxially and with play both to the work spindle 5 and to the sleeve 13.
On the rear end of the lead screw 17, which protrudes beyond the housing 3, a pulley 21 is rotatably mounted, via which a belt 25 leading to the pulley 22 on a second drive motor 23 rotates. The drive motor 23 can be flanged to the drive carrier 9 or to the housing 3 and is designed as a stepper motor. Instead of a flat or toothed belt 25, a gear transmission could also be used (not shown).
One or more threads 37 are attached to the outer surface of the lead screw 17. A lead nut 27, which is non-rotatably and axially immovably connected to the sleeve 13, is in engagement with the threads 37 on the lead screw 17. The connection between the lead screw 17 and the lead nut 27 can be made directly through the thread or balls can be used , so that a recirculating ball arrangement is formed per se known training.
The rear end of the work spindle 5 is polygonal and axially displaceable in a correspondingly shaped bore 29 in a pulley 31 in the drive carrier 9. Instead of a polygonal design, the end of the spindle 5 could also be provided with one or more keyways. The pulley 31, which is axially immovable in the housing 34 of the drive carrier 9, is driven by a belt 33 on the pulley 22 on the motor 11. The interchangeable pulleys 22 and 31 can have different diameters for the purpose of rough adjustment of the gear ratios. Instead of the flat belt 33 shown, a toothed or V-belt can also be used. It is also conceivable to replace the belt overdrive with a gear transmission.
The motor 11 for driving the work spindle 5 and the second motor 23 for driving the lead screw 17 are connected to a common control and supply 35. The controller 35 is preferably attached directly to the drive carrier 9; if the circumstances so require, it can also be arranged on another part of the processing unit 1 or externally as an autonomous unit or as an insert in a control box.
The controller has a frequency converter which is used to control the speed of the motor 11 and 23. In addition, the control system contains a logic part in the software, in which the basic functions of the movement sequences or cycles during drilling, drilling with step drills, drilling with jump switching, drilling with chip removal, backward countersinking, thread cutting etc. are stored. The speeds, feed speeds when the tool is in engagement as well as when the tool moves in and out, the direction of rotation and / or the time period for the supply of coolant etc. can be entered individually as variable sizes. The input can be made directly on the controller, by remote control or via an external computer connected to an interface cable. The logic part also serves to control the frequency converter.
The variable data is entered using a step-by-step program that appears on the display and prompts the operator step by step to enter all the information required for the work cycle to be carried out.
The control system is also designed in such a way that the path covered by the spindle can be displayed continuously during the work cycle.
The mode of operation of the processing unit according to the invention is explained below.
In the arrangement shown in Fig. 2, the work spindle 5 is in the retracted position, i.e. the sleeve 13, which carries the work spindle 5, is in abutment with the axially non-displaceably arranged in the housing 3 lead screw 17. To advance the work spindle 5, the lead screw 17 is rotated by the control 35 by means of the drive motor 23. As a result of this rotary movement, the sleeve 13, which is connected in a rotationally fixed manner to the guide nut 27, moves to the left. The speed of the advancement of the sleeve 13 with the working spindle 5 inserted axially immovably therein is a direct function of the speed n of the lead screw 17 and the pitch of the thread 37 attached to the lead screw 17.
The drive motor 11 of the work spindle 5 can optionally and depending on the work to be carried out simultaneously with the drive of the lead screw 17 and set the work spindle 5 in rotation via the belt 33. There is no influence on the feed speed of the Spin del 5, since the two motion sequences take place mechanically completely independently of one another and can only be influenced by the control of the two motors 11, 23.
The mutual coordination of the speeds of the two motors 11 and 23 or the speed and the feed speed of the work spindle 5 is carried out by the program entered into the controller 35.
In addition to the circumferential and axial speeds of the work spindle 5, the control 35 simultaneously controls the working stroke and, if necessary or desired, e.g. when tapping or drilling, one or more reversal of rotation and / or stroke reversal for ejecting chips can be carried out automatically according to predefined programs. Adjustments to changing requirements during use, e.g. As a result of tool wear or design changes to the workpiece to be machined, it can be carried out directly on the machining unit without touching other parts of a system.
A speed measuring device 41, which can permanently monitor the speed n of the work spindle 5, consists of a toothed disc 43 and a fork light barrier 45.
The wear of the tool can be determined by a permanent comparison of the actual values with the stored target values.