CH679841A5

CH679841A5 -

Info

Publication number: CH679841A5
Application number: CH3701/89A
Authority: CH
Inventors: Ignazio Ettori
Original assignee: Porta Srl
Priority date: 1989-10-11
Filing date: 1989-10-11
Publication date: 1992-04-30
Also published as: US5090489A

Description

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Beschreibung

Die vorstehende Erfindung betrifft eine Bearbeitungseinheit für Werkzeugmaschinen mit mehreren Bearbeitungsstationen.

Wie vom Stand der Technik her bekannt ist, wird zum automatischen Bearbeiten von Bauteilen, wie z.B. Ventilen, Wasserhähnen und ähnlichen Teilen, die spanabhebende Bearbeitung in aufeinanderfolgenden Arbeitsgängen durch eine Vielzahl von Bearbeitungsstationen, z.B. durch Drehen, Bohren, Gewindeschneiden oder ähnliche Bearbeitung vorgenommen. Dabei sind die Werkstücke in der Werkzeugmaschine auf einer sich drehenden Planscheibe angeordnet. Die Werkzeuge der eingesetzten Bearbeitungseinheiten führen die notwendigen Vorschubbewegungen unter Einsatz von NC-gesteuer-ten Motoren durch. Bei den bekannten Bearbeitungseinheiten dieser Art ist eine axiale Anordnung der Spindelaufnahme und einer Gewindespindel zum Verschieben der Spindelaufnahme vorgesehen, wobei die Gewindespindel in einer ortsfesten Anschlagmutter auf der Rückseite der Spindelaufnahme gelagert ist.

Diese bekannte Bauart weist den Nachteil auf, dass die Bearbeitungseinheit erhebliche Baulänge und daher erheblichen Platzbedarf hat. Es wurde bereits versucht, die Anordnung zwischen Spindelaufnahme und Antriebsspindel für den Werkzeugvorschub umzukehren. In diesem Fall ragt die Antriebsspindel auf der Werkzeugseite vom Gehäuse ab, das heisst gerade an der Stelle, an der die Bearbeitung des Werkstückes erfolgt, wodurch die Gewindespindel einer ständigen Verschmutzung ausgesetzt ist, - die durch Späneablagerungen und Ablagerung der Kühlflüssigkeit hervorgerufen wird. Dies kann zu einer Behinderung der freien Drehbewegung der Gewindespindel in der Gewindemutter führen. Es wurde auch versucht, bei derartigen Ausführungsformen das Verschmutzungsproblem des frei abstehenden Teiles der Gewindespindel in der Nähe des Werkzeugs durch Vorsehen von Schutzbälgen zu beheben. Neben einem erheblichen Platzbedarf für diese Schutzbälge weist eine solche Ausführungsform den Nachteil auf, dass eine gewisse Trägheit bei der Durchführung der Verschiebebewegung der Gewindespindel festzustellen ist. Diese Trägheit tritt aufgrund der vorhandenen Reibkräfte und aufgrund der Tatsache ein, dass bei den bekannten Ausführungsformen die Drehbewegung der Gewindespindel unter Zwischenschaltung von Lagern erfolgt, die zwar eine Drehbewegung der Gewindespindel erlauben, aber ein Verschieben derselben in Axialrichtung verhindern. Ferner ist bei bekannten Ausführungsformen die Gewindespindel fest am hülsenförmigen Bauteil angeordnet oder direkt in die Hülse eingearbeitet. Da bei diesen bekannten Ausführungsformen des hülsenförmigen Bauteils sowohl die Werkzeugspindel als auch die Lager der Spindel im hülsenförmigen Bauteil aufzunehmen sind, war man gezwungen, Gewindespindeln mit erheblichen Abmessungen vorzusehen, somit musste auch die Gewindemutter erhebliche Abmessungen aufweisen mit der Folge, dass die Vorrichtung erhebliche Trägheit aufweist.

Bei den bekannten Ausführungsformen, die erhebliche Erstreckung in Axialrichtung und Lagerpunkte an nur zwei relativ weit auseinanderliegenden Stellen haben, können bei der Bearbeitung des Werkstückes aussermittige Kräfte auf das Werkzeug einwirken, die zu einer Querbelastung der Aufnahmevorrichtung der Werkzeugspindel führen und somit eine Ablenkung der Achse des Werkzeuges bewirken. In den bekannten Ausführungsformen ist die Achse Gewindespindel/Gewindemutter axial gegenüber der Achse der Aufnahmehülse und der Werkzeugspindel versetzt. Diese besondere Anordnung führt häufig zu Überlastungen der Lagerungen der Hülse, wodurch Belastungen mit einer Komponente senkrecht zur Vorschubachse auftreten, was die Arbeitsgenauigkeit und Standzeit der Maschienenbauelemente negativ beeinflusst. Die bekannten Bearbeitungseinheiten sind also nicht in der Lage, die heute an derartige Maschinen gestellten Anforderungen zu erfüllen.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Bearbeitungseinheit der genannten Art vorzuschlagen, bei der die gegenseitige Anordnung zwischen Spindelaufnahme und Antriebsspindel derartig vorgesehen ist, dass eine erhebliche Verminderung des Platzbedarfes der gesamten Bearbeitungseinheit erreicht wird.

Es ist weiter Aufgabe der Erfindung, eine Bearbeitungseinheit der genannten Art zu schaffen, in der aufgrund wesentlich geringerer Massenträgheit, eine schnellere Bearbeitung der Werkstücke möglich wird und gleichzeitig eine sehr hohe Bearbeitungsgenauigkeit erreicht wird.

Die erfindungsgemässe Aufgabe wird mit einer Bearbeitungseinheit für Werkzeugmaschinen mit mehreren Bearbeitungsstationen mit einer antreibbaren Werkzeugspindel sowie einer drehbar angetriebenen Gewindespindel/Gewindemutter-Einheit, die in beiden Drehrichtungen antreibbar und für das Ausfahren und Einfahren der Werkzeugspindel vorgesehen ist, dadurch erreicht, dass die Gewindespindel/Gewindemutter-Einheit (3) als konzentrische Baueinheit ausgebildet ist, die eine Gewinde-spindel (5), die in Axialrichtung hohi ausgebildet ist und im Körper (2) der Bearbeitungseinheit (1) drehbar antreibbar gelagert, aber in Axialrichtung örtlich fest angeordnet ist sowie einer in bezug auf die Gewindespindel koaxial aussen angeordnete Gewindemutter enthält, die ein Mutterteil (7) und eine Hülse (8) aufweist, die zwischen zwei Endlagen im Inneren des Körpers (2) der Bearbeitungseinheit beweglich angeordnet ist, wobei die Werkzeugspindel (4) die Gewindespindel/Gewindemutter-Einheit (3) koaxial, durchdringt und werkzeugseitig in der Hülse (8) der Gewindemutter (6) drehbar aber axial nicht verschiebbar und auf seiner gegenüberliegenden Antriebsseite im Körper (2) der Bearbeitungseinheit (1) drehbar und axial verschiebbar gelagert ist.

Weitere Merkmale der Erfindung können dem kennzeichnenden Teil der abhängigen Ansprüche entnommen werden.

Mit der vorgeschlagenen Bearbeitungseinheit können wesentliche Vorteile erzielt werden, die im Anschluss noch genauer beschrieben werden.

Durch Verwendung einer hohl ausgebildeten Ge-

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windespindel und un ter Vorsehung einer diese koaxial umfassenden Gewindemutter, welche die Werkzeugspindel aufnimmt, wird eine ausserordentlich gedrungene Vorrichtung mit geringem Platzbedarf geschaffen. Durch koaxiale Anordnung der Gewindespindel ist es in einfacher Weise möglich, im Körper der Bearbeitungseinheit sowohl die Lagerung der Gewindespindel als auch der Gewindemutter mit ihrer Hülse sowie der durchgehenden Spindel vorzunehmen. Die Gewindemutter kann eine erhebliche Länge aufweisen, die die Gesamtlänge bzw. den Piatzbedarf der Bearbeitungseinheit aber nicht beeinflusst. Dieses Merkmal, zusammen mit einer Teleskopführung der Hülse der Gewindemutter im Körper der Bearbeitungseinheit, gewährleisten eine einwandfreie koaxiale Verschiebebewegung der Hülse der Gewindemutter, die die Spindel aufnimmt und somit des jeweils vewendeten Werkzeuges. Die Steuerung des Drehantriebes für die vorteilhafterweise als Kugelumlaufspindel ausgebildete Gewindespindel, die in Axialrichtung nicht verschiebbar ist, ermöglicht einen einfachen Antrieb der Kugelumlaufspindel über den Körper der Bearbeitungseinheit z.B. mittels eines steuerbaren Gleichstrommotors, der mit einer NC-Einrichtung oder anderen Steuermitteln der Werkzeugmaschine in Verbindung steht.

Der Antrieb der Werkzeugspindel erfolgt in bekannter Weise. Ein weiterer Vorteil der vorgeschlagenen Vorrichtung ist darin zu sehen, dass eine geringe Anzahl von Maschinenbauteilen erforderlich ist und deren Zusammenbau in einfacher und rascher Weise möglich ist. Die vorgeschlagene Bearbeitungseinheit kann unterschiedliche Werkzeuge aufnehmen, z.B. zur Durchführung von Dreh-, Bohr- und Gewindeschneidarbeiten. Die vorgeschlagene Bearbeitungseinheit ist flexibel, d.h. universell einsetzbar und nach Art eines Baukastens herstellbar. Die vorgeschlagenen Bearbeitungseinheiten sind somit untereinander austauschbar.

Weitere Merkmale, Vorteile und Einzelheiten der neuen Bearbeitungseinheit können der nun folgenden Beschreibung, den Zeichnungen und den Unteransprüchen entnommen werden. Die Bearbeitungseinheit wird nun genauer anhand der beigefügten Zeichnungen beschrieben:

Fig. 1 zeigt einen Längsschnitt der neuen Bearbeitungseinheit mit zurückgefahrener Werkzeugspindel,-

Fig. 2 zeigt einen Längsschnitt ähnlich der Fig. 1 mit der Werkzeugspindel in vollständig ausgefahrener Stellung.

Unter Bezugnahme auf die Zeichnungen ist die vorgeschlagene Bearbeitungseinheit mit 1 gekennzeichnet. Die Bearbeitungseinheit 1 weist einen Grundkörper 2 auf, der an der Werkzeugmaschine in bekannter und nicht dargestellter Weise befestigt wird. In der dargestellten Ausführungsform ist der Körper 2 der Bearbeitungseinheit 1 hülsenartig ausgebildet. Im hülsenartigen Körper 2 sind koaxial zueinander eine Einheit 3 bestehend aus Gewindespindel 5 und Gewindemutter 6 und eine durchgehende Werkzeugspindel 4 angeordnet. Im dargestellten Beispiel ist die Gewindespindel als Kugelumlaufspindel 5 ausgebildet, auf der eine Gewindemutter 6 beweglich angeordnet ist. Die Gewindemutter 6 weist ein Mutterteil 7 und eine Hülse 8 auf, die in geeigneter Weise an dem Mutterteil 7 befestigt ist. Wie der Zeichnung zu entnehmen ist, ist die Hülse 8 teleskopartig verschiebbar in der Durchgangsbohrung 2a des Körpers 2 angeordnet. Mit 9 ist eine Passfeder gekennzeichnet, die in einer Nute der Hülse 8 angeordnet ist und verschiebbar in einer Nute 10 des Körpers 2 aufgenommen ist. Ein Anschlag 11 begrenzt die Ausfahrbewegung der Hülse 8, wie dies im Anschluss noch genauer beschrieben wird. Der Anschlag besteht aus einer Platte, die unter Verwendung von Schrauben 11 a am Körper 2 befestigt ist. Die maximale Einfahrstellung der Hülse 8 kann durch einen weiteren Anschlag, der nicht genauer dargestellt ist, festgelegt werden oder bei der Einfahrbewegung des Mutterteiles 7 der Gewindemutter auf der Gewindespindel 5 bewerkstelligt werden. Mit 12 und 13 sind Kugellager für die Aufnahme der Werkzeugspindel 4 im Inneren der Hülse 8 der Gewindemutter 6 dargestellt. Diese Lager sind zwischen einem ersten Anschlag 14 und einem zweiten Anschlag 15 angeordnet. Diese Anschläge können auch durch Federringe gebildet werden. Die Anschläge auf der Werkzeugspindel 4 sind mit 4a und 4b gekennzeichnet. Durch die dargestellte Bauweise kann die Werkzeugspindel 4 eine freie Drehbewegung durchführen, sie wird aber daran gehindert, eine axiale Verschiebung gegenüber der Ge-windemutter 6, mit der sie in Axialrichtung eine feste Baueinheit bildet, durchzuführen.

Wie der Zeichnung zu entnehmen ist, ist die Ge-windespindel 5 über Kugellager 16 und 17 gelagert. Diese Kugellager sind frei drehbar aber axial fest zwischen den Anschlägen 18 und 19 bzw. 5a und 5b angeordnet. Somit kann auch die Gewindespindel 5 eine freie Drehbewegung in beiden Drehrichtungen durchführen, es ist der Gewindespindel 5 aber nicht möglich, eine Axialverschiebung durchzuführen. Im Inneren der Gewindespindel 5 ist eine Axialbohrung 20 vorgesehen. Diese Bohrung 20 erlaubt einen freien Durchgang der Werkzeugspindel 4. In der dargestellten Ausführungsform ist auf der Gewindespindel 5 ein Zahnrad 21 erhalten, das z.B. über einen Zahnriemen 22 mit einem reversibel antreibbaren Motor 23, in vorteilhafter Weise einem steuerbaren Gleichstrommotor wirkverbunden ist. Der Gleichstrommotor 23 wird in vorteilhafter Weise über die NC-Einrichtung der Werkzeugmaschine gesteuert. Auf der dem Werkzeug gegenüberliegenden Seite steht die Werkzeugspindel 4 mit einem nabenartigen Zahnrad 24 drehfest aber axial verschiebbar in Wirkverbindung. Das nabenartige Zahnrad 24 weist eine Verzahnung 25 auf, die mit einem Antriebsrad 26 über einen Zahnriemen wirkverbunden ist. Das Zahnrad 25 weist eine nabenartige Verlängerung 27 auf, die zur Aufnahme der Lager 28, 29 dient. Die Verlängerung nimmt die Kugellager 28 und 29 zwischen zwei Anschlägen 30, 31 auf. Die Kugellager 28, 29 sind ebenfalls im Körper 2 der Bearbeitungseinheit zwischen Anschlägen 32 und 33 angeordnet. Auf diese Weise kann das na-benartige Zahnrad 24 frei dreh- aber axial nicht

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verschiebbar montiert werden. Das Zahnrad 24 weist eine profilierte Durchgangsbohrung 34 auf, die z.B. als Zahnprofil ausgebildet ist und das Ende 35 der Werkzeugspindel 4, die z.B. als Nutprofilwelle ausgebildet ist, axial verschiebbar aufnimmt. Zwischen dem profilierten Endstück 35 der Werkzeugspindel und dem Zahnrad 24 besteht daher eine drehfeste Verbindung, die Bauteile können aber eine axiale Längsverschiebung durchführen. Die genaue Ausführungsform dieses Endstückes bzw. der Durchgangsbohrung 34 kann frei gewählt werden.

Die Funktionsweise der vorgeschlagenen Bearbeitungseinheit kann der vorangegangenen Beschreibung entnommen werden.

Aus seiner Ruhelage gemäss Fig. 1 wird das Werkzeug entsprechend einem gewünschten Arbeitshub vorwärtsbewegt. Dieser Arbeitshub wird über den steuerbaren Motor 23 bewerkstelligt, der die Anzahl der Umdrehungen der Gewindespindel 5 festlegt. Dies bedingt auch eine entsprechende Ausfahrbewegung der Gewindemutter 6 sowie der Werkzeugspindel 4. Die Einfahrbewegung der Werkzeugspindel 4 erfolgt durch Umkehr des Drehsinnes des Motors 23.

Während der axialen Vorschubbewegung der Werkzeugspindel 4 wird das profilierte Endstück 35 im inneren des Antriebszahnrades 24 eine Verschiebebewegung durchführen. Der vorangegangenen Beschreibung kann entnommen werden, dass durch die modular bzw. flexible aufgebaute Bearbeitungseinheit in wirkungsvoller Weise die Aufgabe der Neuerung gelöst wird. Es wird eine kompakte Baueinheit geschaffen und eine sehr genaue Führung des Werkzeuges erreicht. Die gewünschte Genauigkeit wird im wesentlichen durch die teleskopartig ausgebildete Führung der Hülse 8 der Gewindemutter 6 und durch die vorgeschlagene erhebliche Länge des Mutterteils 7 erreicht.

Wesentlich für die Neuerung ist, dass die Werkzeugspindel gegenüber der Gewindspindel sowie gegenüber der Gewindemutter konzentrisch angeordnet ist. Die vorgeschlagene Bearbeitungseinheit kann in vorteilhafter Weise für verschiedene in Werkzeugmaschinen mit mehreren Bearbeitungsstationen durchführbare Arbeitsvorgänge eingesetzt werden. Es wird eine flexibel anwendbare Bearbeitungseinheit geschaffen, die baukastenartig mit anderen Bearbeitungseinheiten in der Maschine austauschbar ist.

Alle Merkmale, die der Beschreibung, den Patentansprüchen und den Zeichnungen zu entnehmen sind, sind wesentlich für die vorstehende Neuerung, sowohl einzeln als in Kombination zueinander.

Claims

Patentansprüche

1. Bearbeitungseinheit für Werkzeugmaschinen mit mehreren Bearbeitungsstationen, mit einer antreibbaren Werkzeugspindel sowie einer drehbar angetriebenen Gewindespindel/Gewindemutter-Einheit, die reversibel zum Ausfahren sowie zum Einfahren der Werkzeugspindel antreibbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Gewindespindel/Gewindemutter-Einheit (3) als konzentrische Einheit ausgebildet ist, die eine Gewindespindel (5), die in axialer Richtung hohl ausgebildet ist und im Körper (2) der Bearbeitungseinheit (1) drehbar antreibbar gelagert, aber axial fest angeordnet ist, sowie eine in bezug auf die Gewindespindel koaxial aussen angeordnete Gewindemutter (6) umfasst, die ein Mutterteil (7) und eine Hülse (8) aufweist, die beweglich im Inneren des Körpers (2) der Bearbeitungseinheit zwischen zwei Endlagen bewegbar ist, wobei die Werkzeugspindel (4) die Gewindespin-del/Gewindemutter-Einheit (3) koaxial durchdringt und auf der das Werkzeug aufnehmenden Seite in der Hülse (8) der Gewindemutter (6) drehbar, aber axial nicht verschiebbar und auf seiner gegenüberliegenden Antriebsseite im Körper (2) der Bearbeitungseinheit (1) drehbar und axial verschiebbar gelagert ist.

2. Bearbeitungseinheit nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Gewindespindel

(5) als Kugelumlaufspindel und die Gewindemutter

(6) als Mutterteil (7) ausgebildet ist, wobei das Mutterteil (7) fest mit einer Hülse (8) befestigt ist, die der frei drehbaren Lagerung der Werkzeugspindel (4) und der axialen Verschiebung derselben dient und wobei die Hülse (8) einen Anschlag aufweist, z.B. eine Passfeder (9), die mit einem Gegenanschlag (11) des Körpers der Bearbeitungseinheit zusammenarbeitet, um die Endlage für das maximale Ausfahren der Werkzeugspindel (4) festzulegen, wogegen die Einfahrlage der Werkzeugspindel (4) durch einen weiteren Anschlag im Körper (2) der Bearbeitungseinheit bzw. durch die maximale Einfahrstellung der Gewindemutter (6) auf der Gewindespindel (5) festlegbar ist.

3. Bearbeitungseinheit nach Patentanspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Hülse (8) der Gewindemutter (6) auf der Seite des Werkzeuges eine durch zwei Anschläge (14, 15) festgelegte Ausnehmung zur Aufnahme von zwei Kugellagern (12, 13) zur Lagerung der Werkzeugspindel (4) aufweist und dass die genannten Kugellager (12,13) auf der Werkzeugspindel ebenfalls zwischen zwei Anschlägen (4a, 4b) angeordnet sind, wodurch einer axialen Verschiebung der Hülse (8) der Gewindemutter (6) eine gleiche Verschiebung der Gewindespindel (4) bzw. des Werkzeuges entspricht.

4. Bearbeitungseinheit nach einem der Patentansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Ende (35) der Werkzeugspindel auf der Antriebsseite als Profilwelle ausgebildet ist, die drehbar und axial verschiebbar in einem nabenartigen Zahnrad

(24) gelagert ist, das frei drehbar, aber axial nicht verschiebbar über Kugellager (28, 29) zwischen Anschlägen (32, 33, 30, 31) des Körpers (2) der Bearbeitungseinheit gelagert ist und vom Bearbei-tungseinheitskörper mit einem zahnradartigen Teil

(25) absteht, dem Antriebsmittel der Werkzeugmaschine zugeordnet sind.

5. Bearbeitungseinheit nach einem der Patentansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass auf der dem Werkzeug gegenüberliegenden Teil der Gewindespindel (5) ein Antriebsteil (21), z.B. ein Zahnrad vorgesehen ist, das über einen Antriebsriemen

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(22) mit einem Motor (23) zum Steuern der Gewinde-spindel/Gewindemutter-Einheit verbunden ist.

6. Bearbeitungseinheit nach Patentanspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Motor (23) zum Antrieb der Gewindespindel/Gewindemutter-Einheit (3) ein Gleichstrommotor ist, der auf der Aussensei-te des Körpers (2) der Bearbeitungseinheit (1) oder auf der Plattform zur Aufnahme der Bearbeitungseinheit (1) gelagert ist.

7. Bearbeitungseinheit nach einem der Patentansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die frei drehbare, aber axial nicht verschiebbare Lagerung der Gewindespindel (5) der Gewindespindel/Gewindemutter-Einheit (3) im Körper (2) der Bearbeitungseinheit (1) über Kugellager (16,17) erfolgt, die zwischen Anschlägen (18,19; 5a, 5b) am Körper (2) der Bearbeitungseinheit und auf der Gewindespindel (5) aufgenommen sind.

8. Beartseitungseinheit nach einem der Patentansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Körper (2) derselben als rohrförmiger Körper ausgebildet ist und im wesentlichen über die gesamte Länge den Koaxialsatz aufnimmt, der aus der durchgehenden Werkzeugspindel und der der Verschiebung der Werkzeugspindel dienenden und derselben zugeordneten Gewindespindel/Gewindemutter-Einheit (3) besteht.

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