Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft eine programmgesteuerte Schleifmaschine, gemäss Oberbegriff des Patentanspruchs 1, zum Schleifen von Werkstücken, insbesondere metallischen Werkstücken, wie zum Beispiel Werkzeugen von Werkzeugmaschinen.
Stand der Technik
Programmgesteuerte Schleifmaschinen werden u.a. zum Schleifen oder Nachschleifen von Bearbeitungswerkzeugen (Bohrer, Fräser, Schneidblätter, Meissel, Rundräumwerkzeugen usw.) für Werkzeugmaschinen verwendet, wobei diese Bearbeitungswerkzeuge aus Metall und/oder anderen Werkstoffen, wie z.B. keramischen Werkstoffen, bestehen können. Eine Werkzeugmaschine kann ein Werkstück nur so genau bearbeiten, wie es das eingesetzte Bearbeitungswerkzeug zulässt. Deshalb ist zum Schleifen oder Nachschleifen dieser Bearbeitungswerkzeuge äusserste Genauigkeit erforderlich. Diese hohe Genauigkeit ist in der Regel nur mittels Schleifmaschinen erreichbar, die über eine Programmsteuerung verfügen.
Als Programmsteuerungen für Schleifmaschinen, insbesondere Werkzeugschleifmaschinen, werden heutzutage vorzugsweise numerische Steuerungen (NC- oder CNC-Steuerungen) verwendet. Grundsätzlich sind jedoch auch andere Programmsteuerungen für Schleifmaschinen möglich, z.B. Nockensteuerungen oder mechanische Nachformsteuerungen. Nachfolgend wird unter einer programmgesteuerten Schleifmaschine eine Schleifmaschine verstanden, die durch irgendeine analoge oder digitale Programmsteuerung beeinflusst wird.
Programmgesteuerte Schleifmaschinen sind u.a. aus der EP-A1 072 887 und der EP-A2 611 630 bekannt. In der EP-A1 072 887 wird eine programmgesteuerte Schleifmaschine beschrieben, welche in der weit verbreiteten Säulenbauweise konstruiert ist. Diese Schleifmaschine hat eine vertikale Säule, an welcher ein Schleifspindelkopf angeordnet ist, der eine oder mehrere Schleifspindeln trägt. Die Schleifspindeln sind mit einer oder mehreren Schleifscheiben bestückt. Der Schleifspindelkopf ist schwenkbar und in vertikaler Richtung translatorisch verschiebbar an der Säule angeordnet.
Die Säule ihrerseits ist um eine Vertikalachse drehbar und horizontal längs einer translatorischen Achse verschiebbar neben einem Werkstückhalter angeordnet, wobei der das zu schleifende Werkstück haltende Werkstückhalter bezüglich mehrerer translatorischer und rotatorischer Achsen gegenüber der Säule verstellbar ist. Zur Bearbeitung rundlaufender Werkstücke, wie z.B. Bohrer, kann der Werkstückhalter eine um eine horizontale Werkstückrota tionsachse drehbare Werkstückspannvorrichtung zum Halten des zu schleifenden Werkstückes aufweisen.
In Säulenbauweise konstruierte Schleifmaschinen weisen einerseits den Vorteil auf, dass mit ihnen Werkstücke bearbeitet werden können, die zumindest in horizontaler Richtung eine beträchtliche Ausdehnung haben. Andrerseits weisen diese Schleifmaschinen etliche Nachteile auf. So ist ihre Konstruktion technisch aufwändig und der Freiraum für die Bearbeitung ist z.T. durch die Säule eingeschränkt. Für bestimmte Schleifarbeiten sind lange, unproduktive Verstellwege für die Schleifscheiben nötig, was den Betrieb der Schleifmaschine verteuert. Auf Grund der asymmetrischen Anordnung der Säule bezüglich des Werkstückes (die Säule steht auf einer Seite neben dem Werkstück) sind z.B. rechts- und linksspiralige Fräser, Bohrer usw. nicht gleichrangig schleifbar, was zum Schleifen derselben ein wiederholtes Einspannen erforderlich macht.
Die aus der EP-A2 611 630 bekannte Schleifmaschine ist in Portalbauweise ausgeführt und hat einen auf einem Drehteller angeordneten Werkstückhalter, der eine um eine horizontale Werkstückrotationsachse drehbare Werkstückspannvorrichtung zur Aufnahme vorzugsweise von rundlaufenden Werkstücken aufweisen kann. Der Drehteller ist um eine vertikale C-Achse schwenkbar auf einem horizontal in X-Richtung verschiebbaren Schlitten angeordnet, wobei die lineare Führungsbahn des Schlittens fest auf dem Maschinenbett der Schleifmaschine angebracht ist.
Auf dem Maschinenbett ist weiter eine portalförmige Struktur mit zwei seitlichen Ständern und einer die beiden Ständer verbindenden, oberhalb des Maschinenbettes verlaufenden horizontalen Brücke befestigt, an welcher der Schleifspindelkopf längs einer horizontalen Y-Achse und einer vertikalen Z-Achse verstellbar und gegebenenfalls um eine vertikale Drehachse schwenkbar angeordnet ist.
Eine gemäss der Lehre von EP-A2 611 630 konstruierte Schleifmaschine eignet sich auf Grund ihres bezüglich des Werkstückes symmetrischen Maschinenaufbaus zum gleichrangigen Schleifen von rechts- und linksspiraligen Werkstücken. Auf Grund der Anordnung des Werkstückhalters auf einem Drehteller, der seinerseits auf einem Schlitten angeordnet ist, können jedoch nur relativ kleine Werkstücke bearbeitet werden. Das Werkstück muss mitsamt der Werkstückspannvorrichtung und allfällig vorhandenen Mitteln zum Stützen und/oder Stabilisieren des Werkstückes auf dem Drehteller Platz finden. Dadurch ist ins besondere das Schleifen von relativ langen und dünnen Werkstücken (z.B. Bohrern) mit einer Schleifmaschine dieses Typs nicht möglich.
Darstellung der Erfindung
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Schleifmaschine anzugeben, welche die Nachteile der oben erwähnten bekannten Schleifmaschinen überwindet und sich insbesondere zum wirtschaftlichen und präzisen Schleifen von langen, dünnen Werkstücken eignet.
Die Lösung der Aufgabe ist Gegenstand des unabhängigen Patentanspruchs 1.
Eine programmgesteuerte Schleifmaschine gemäss der Erfindung hat eine mittels erster Antriebsmittel längs auf einem Maschinenbett in X-Richtung translatorisch bewegbare Werkstückhaltevorrichtung, die zur Aufnahme eines zu schleifenden Werkstückes ausgebildet ist, und eine mittels zweiter Antriebsmittel auf dem Maschinenbett in X-Richtung translatorisch bewegbare Werkstückführungsvorrichtung, die zur Führung und/oder Stützung des zu schleifenden Werkstückes ausgebildet ist. Die zweiten Antriebsmittel sind derart steuerbar, dass wahlweise ein synchrones Mitbewegen der Werkstückführungsvorrichtung mit der Werkstückhaltevorrichtung oder ein Blockieren der Werkstückführungsvorrichtung in Bezug auf das Maschinenbett möglich ist.
Die erfindungsgemässe Schleifmaschine ermöglicht insbesondere auch das präzise Schleifen von langen und dünnen Werkstücken, indem die Werkstücke mittels der Werkstückführungsvorrichtung stets optimal am Schleifort gestützt werden können, während das durch die Werkstückhaltevorrichtung gehaltene Werkstück am Schleifort vorbeibewegt wird.
Weil die Werkstückführungsvorrichtung nur entweder synchron zur Werkstückhaltevorrichtung bewegt oder an einem Ort auf dem Maschinenbett blockiert werden muss, können die Antriebsmittel der Werkstückführungsvorrichtung indirekt durch die Antriebsmittel der Werkstückhaltevorrichtung angetrieben werden. Dadurch müssen bei der erfindungsgemässen Schleifmaschine nur die Antriebsmittel der Werkstückhaltevorrichtung direkt durch die Programmsteuerung der Schleifmaschine gesteuert werden, was im Vergleich zu einer Schleifmaschine mit zwei direkt durch die Programmsteuerung gesteuerten Antriebsmitteln die Herstellungskosten und den Aufwand zur Programmierung der Programmsteuerung vermindert.
Die erfindungsgemässe Schleifmaschine weist gegenüber z.B. einer nach der Lehre von EP-A2 611 630 konstruierte Schleifmaschine den weiteren Vorteil auf, dass die Stützlünette (und gegebenenfalls die Gegenspitze) nicht seriellkinematisch über mehrere Stufen bezüglich des Maschinenbettes nachgeschaltet sind. Bei der Schleifmaschine gemäss EP-A2 611 630 wäre eine Stützlünette gewünschtenfalls auf dem den Werkzeughalter tragenden, schwenkbaren Drehteller anzuordnen, der seinerseits auf einem linear bezüglich des Maschinenbettes bewegbaren Schlitten angeordnet ist. Die Bewegungen von Stützlünette (und gegebenenfalls Gegenspitze) sind somit seriellkinematisch der Schwenkbewegung des Drehtellers und der Linearbewegung des Schlittens nachgeschaltet.
Bei seriellkinematisch nacheinander geschalteten Bewegungen werden einerseits die durch die Antriebe zu bewegenden Massen gross, was sich nachteilig auf die maximal erreichbaren Beschleunigungen und somit auf die Bearbeitungsgeschwindigkeit auswirkt. Andrerseits setzt sich der Gesamtfehler der Bewegung der letzten Bewegungsachse aus der Summe der Abweichungen der einzelnen Bewegungsachsen zusammen, was sich nachteilig auf die erreichbare Präzision der Bewegung auswirkt. Im Gegensatz zur Schleifmaschine nach EP-A2 611 630 sind bei der erfindungsgemässen Schleifmaschine die Werkstückhaltevorrichtung, die Stützlünette und gegebenenfalls die Gegenspitze bezüglich des Maschinenbettes nicht in einer seriellkinematischen, sondern in einer parallelkinematischen Anordnung bewegbar.
Vorzugsweise umfasst die erfindungsgemässe Schleifmaschine weiter eine fest auf dem Maschinenbett angeordnete Längsführungsvorrichtung zur Führung der translatorischen Bewegungen der Werkstückhaltevorrichtung und der Werkstückführungsvorrichtung in X-Richtung.
Gemäss einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemässen Schleifmaschine weist die Werkstückführungsvorrichtung eine Positioniervorrichtung auf zum wahlweisen Positionieren wenigstens eines Führungselementes in eine Position zum Führen und/oder Stützen des zu schleifenden Werkstückes oder in eine neutrale Position, in welcher Letzterer es das zu schleifende Werkstück nicht berührt.
Vorzugsweise umfassen die ersten Antriebsmittel einer erfindungsgemässen Schleifmaschine eine durch einen Motor angetriebene erste Spindel, die mit einer an der Werkstückhaltevorrichtung fest angebrachten ersten Mutter zusammenwirkt, um nach Art eines Spindel-Mutter-Triebes die Werkstückhaltevorrichtung translatorisch in X-Richtung zu bewegen. Zu diesem Zweck wird vorzugsweise eine Kugelumlaufspindel verwendet. Es können jedoch auch andere geeignete Linearantriebe (z.B. ein direkt angetriebener Linearmotor oder ein Kolben-Zylinder-Antrieb) zum Antreiben der Werkstückhaltevorrichtung bezüglich des Maschinenbettes verwendet werden.
Vorzugsweise umfassen die zweiten Antriebsmittel einer erfindungsgemässen Schleifmaschine eine durch einen Motor angetriebene zweite Spindel, die mit einer an der Werkstückführungsvorrichtung fest angebrachten zweiten Mutter zusammenwirkt, um nach Art eines Spindel-Mutter-Triebes die Werkstückführungsvorrichtung translatorisch in X-Richtung zu bewegen. Zu diesem Zweck wird vorzugsweise eine Kugelumlaufspindel verwendet. Vorzugsweise umfasst die Schleifmaschine weiter erste Kupplungsmittel zur wahlweise lösbaren drehfesten Kupplung der Drehbewegung der ersten Spindel mit derjenigen der zweiten Spindel, um wahlweise ein synchrones Mitbewegen der Werkstückführungsvorrichtung mit der Werkstückhaltevorrichtung oder ein Blockieren der Werkstückführungsvorrichtung in Bezug auf das Maschinenbett (20) zu bewirken.
Bei einer alternativen Ausführungsform der Erfindung können auch andere geeignete Linearantriebe (z.B. ein direkt angetriebener Linearmotor oder ein Kolben-Zylinder-Antrieb) zum Antreiben der Werkstückführungsvorrichtung bezüglich des Maschinenbettes verwendet werden.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsart der Erfindung umfasst die Schleifmaschine weiter eine mittels dritter Antriebsmittel auf dem Maschinenbett in X-Richtung translatorisch bewegbare, zur Führung und/oder Stützung des zu schleifenden Werkstückes ausgebildete Gegenspitzvorrichtung, wobei die dritten Antriebsmittel derart steuerbar sind, dass wahlweise ein synchrones Mitbewegen der Gegenspitzvorrichtung mit der Werkstückhaltevorrichtung oder ein Blockieren der Gegenspitzvorrichtung in Bezug auf das Maschinenbett möglich ist. Vorzugsweise umfassen die dritten Antriebsmittel wiederum eine Kugelumlaufspindel.
Weiter umfasst die Schleifmaschine vorzugsweise zweite Kupplungsmittel zur wahlweise lösbaren drehfesten Kupplung der Drehbewegung der ersten Spindel mit derjenigen der dritten Spindel, um wahlweise ein synchrones Mitbewegen der Gegenspitzvorrichtung mit der Werkstückhaltevorrichtung oder ein Blockieren der Gegenspitzvorrichtung in Bezug auf das Maschinenbett zu bewirken. Es können aber auch andere geeignete Linearantriebe zum Antreiben der Gegenspitzvorrichtung bezüglich des Maschinenbettes verwendet werden.
Bei einer alternativen Ausführungsform der Erfindung können an Stelle der oben erwähnten Kupplungsmittel geeignet gesteuerte Antriebsmittel vorgesehen sein, um das wahlweise synchrone Mitbewegen der Werkstückführungsvorrichtung bzw. der Gegenspitzvorrichtung mit der Werkstückhaltevorrichtung zu bewirken.
Vorzugsweise umfasst die erfindungsgemässe Schleifmaschine ein u-förmiges Portal mit zwei seitlichen Ständern, die fest am Maschinenbett angeordnet sind, und einer die beiden Ständer verbindende, oberhalb des Maschinenbettes translatorisch in vertikaler Z-Richtung bewegbar an den beiden Ständern derart anzuordnenden, im Wesentlichen horizontalen Brücke zum Tragen eines Schleifspindelkopfes, dass das Maschinenbett, die beiden Ständer und die Brücke einen in X-Richtung freien Durchgang zur mindestens teilweisen Durchführung eines zu schleifenden Werkstückes begrenzen. Vorzugsweise ist das Portal bezüglich des Maschinenbettes derart angeordnet, dass die Werkstückführungsvorrichtung translatorisch in X-Richtung durch den freien Durchgang hindurch bewegbar ist.
Weiter wird bevorzugt, dass auch die Werkstückhaltevorrichtung und - falls vorhanden - die Gegenspitzvorrichtung durch den freien Durchgang hindurch bewegbar sind. Weiter ist bevorzugterweise der Schleifspindelkopf translatorisch im Wesentlichen horizontal in Bezug auf das Maschinenbett 20 und rechtwinklig zur X-Richtung in einer Y-Richtung bewegbar und um eine im Wesentlichen vertikale Rotationsachse verschwenkbar an der Portalbrücke angeordnet.
Die nachfolgende detaillierte Beschreibung der vorliegenden Erfindung dient in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen nur als Beispiel für ein besseres Verständnis der Erfindung und ist nicht als Einschränkung des Schutzbereichs der Patentansprüche aufzufassen. Für den Fachmann sind aus der nachfolgenden Beschreibung in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen und der Gesamtheit der Patentansprüche weitere vorteilhafte Ausführungsarten und Merkmalskombinationen ohne weiteres erkennbar, die jedoch immer noch innerhalb des Bereichs der vorliegenden Erfindung liegen.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die Zeichnungen stellen ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung dar. Es zeigen:
Fig. 1 eine Schleifmaschine gemäss einem Ausführungsbeispiel der Erfindung in schematischer perspektivischer Darstellung;
Fig. 2 einen Ausschnitt aus der Schleifmaschine nach Fig. 1 in perspektivischer Darstellung.
Wege zur Ausführung der Erfindung
Die in Fig. 1 dargestellte Schleifmaschine 10 hat ein stabiles, kastenförmiges Maschinenbett 20, das beispielsweise als Gussteil aus Grauguss oder als Schweisskonstruktion hergestellt ist. Das Maschinenbett 20 ist in Draufsicht im Wesentlichen rechteckförmig ausgebildet und hat zwei Längsseiten 22, 24, die deutlich länger sind als die Rückseite 23 und die Vorderseite 21 des Maschinenbettes 20.
Auf der Oberseite 25 des Maschinenbettes 20 ist ungefähr mittig zwischen den beiden Längsseiten 22, 24 des Maschinenbettes 20 eine Längsführung 50 angeordnet. Die Längsführung 50 umfasst zwei parallel zueinander, fest auf der Oberseite 25 des Maschinenbettes 20 angeordnete Führungsschienen 54, 55, die sich in X-Richtung (in Längsrichtung des Maschinenbettes 20) längs der Längsseiten 22, 24 des Maschinenbettes 20 im Wesentlichen über die gesamte Länge des Maschinenbettes 20 erstrecken. Wie in der Fig. 2 deutlich zu erkennen ist, haben die Führungsschienen 54, 55 bei der in den Figuren dargestellten Ausführungsform der Erfindung einen im Wesentlichen quadratischen Querschnitt. Es können jedoch auch andere Führungsschienen oder andere geeignete Führungsmittel für die Linearführung in X-Richtung verwendet werden.
Auf der Längsführung 50 sind in Maschinenbettlängsrichtung X hintereinander von hinten nach vorne drei Schlitten 60, 70, 80 in X-Richtung verschieblich gelagert. Der Übersichtlichkeit halber sind in der Fig. 2 der hinterste Schlitten 60 (mit dem nachfolgend be schriebenen Werkstückhalter 61) und die Faltenbälge zum Abdecken der Spindeln nicht dargestellt.
Der hinterste Schlitten 60 trägt einen Werkstückhalter 61 zum Halten oder Einspannen eines zu schleifenden Werkstückes. Der Werkstückhalter 61 gemäss der in den Figuren dargestellten Ausführungsform der Erfindung weist eine um eine horizontale Werkstückrotationsachse A drehbare Werkstückspannvorrichtung 62 in Gestalt eines Spannfutters 62 zur Aufnahme vorzugsweise von rund laufenden Werkstücken auf. Die Werkstückspannvorrichtung 62 ist derart auf dem Schlitten 60 des Werkstückhalters 61 angeordnet, dass die Rotationsachse A in X-Richtung, parallel zur Längsführung 50, liegt. Die Werkstückspannvorrichtung 62 ist mit einem geeigneten Stellantrieb gekoppelt, um in an sich bekannter Weise - durch die Programmsteuerung der Schleifmaschine 10 gesteuert - entsprechend einem Steuerungsprogramm eine rotatorische Stellbewegung um die Rotationsachse A auszuführen.
Zu diesem Zweck umfasst der Stellantrieb einen auf dem Schlitten 60 angeordneten Elektromotor 63, der über ein Schneckengetriebe mit der Werkstückspannvorrichtung 62 gekoppelt ist, um diese zur Drehung anzutreiben. Der Elektromotor 63 wird durch die Programmsteuerung der Schleifmaschine 10 gesteuert.
Der mittlere Schlitten 70 ist zum Tragen von einem oder mehreren Stütz- oder Führungsmitteln zum Stützen und/oder Führen des zu schleifenden Werkstückes ausgebildet. Bei der in den Figuren dargestellten erfindungsgemässen Schleifmaschine 10 trägt der Schlitten 70 eine Stützlünette 72 und eine Führungsbüchse 74. Die Stützlünette 72 oder die Führungsbüchse 74 können wahlweise - gesteuert durch die Programmsteuerung der Schleifmaschine 10 - auf dem Schlitten 70 in eine Position zum Stützen und/oder Führen des zu schleifenden Werkstückes oder in eine neutrale Position bewegt werden, in welcher Letzterer sie das zu schleifende Werkstück nicht berühren.
Beim in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Stützlünette 72 und die Führungsbüchse 74 auf einer Längsführung in Y-Richtung (d.h. horizontal und rechtwinklig zu X-Richtung) verschieblich auf dem Schlitten 70 gelagert. Durch einen ersten Spindel-Mutter-Trieb, der durch den in Fig. 2 schematisch dargestellten Elektromotor 71 betätigt wird, kann die Stützlünette 72 entweder in eine Position zum Stützen und/oder Führen des zu schleifenden Werkstückes ungefähr in der Mitte des Schlittens 70 oder in eine neutrale Position beim Schlittenende, das näher bei der Längsseite 22 des Maschinenbettes 20 liegt, bewegt werden.
Durch einen zweiten Spindel-Mutter-Trieb, der durch den in Fig. 2 schematisch dargestellten Elektromotor 73 betätigt wird, kann die Führungsbüchse 74 entweder in eine Position zum Stützen und/oder Führen des zu schleifenden Werkstückes ungefähr in der Mitte des Schlittens 70 oder in eine neutrale Position beim Schlittenende, das näher bei der Längsseite 24 des Maschinenbettes 20 liegt, bewegt werden. Die Elektromotoren 71, 73 werden durch die Programmsteuerung der Schleifmaschine 10 gesteuert.
Bei alternativen Ausführungsformen der Erfindung können ein oder mehrere verschiedene, auf dem Schlitten 70 getragene Stütz- und/oder Führungsmittel für das zu schleifende Werkzeug auch mit anderen geeigneten Stellvorrichtungen (wie z.B. einem Kolben-Zylinder-Stellantrieb oder einem Schwenkmechanismus) in eine Stütz- oder Führungsposition bewegt und aus dieser weg bewegt werden, oder der Schlitten 70 kann eine fest auf ihm angeordnete Stütz- und/oder Führungsvorrichtung tragen.
Der vorderste Schlitten 80 trägt eine so genannte Gegenspitze oder Zentrierspitze 82, um das zu schleifende Werkstück an seinem dem werkstückhalterseitigen Ende gegenüberliegenden Ende zu stabilisieren und/oder zentrieren. Die Gegenspitze 82 ist fest auf dem Schlitten 80 und exakt im Zentrum der Werkstückrotationsachse A angeordnet und dient zum Stabilisieren/Zentrieren insbesondere von langen, dünnen Werkstücken, die während des Schleifens mittels der drehbaren Werkstückspannvorrichtung 62 um die Werkstückrotationsachse A gedreht werden.
Zur translatorischen Verschiebung der Schlitten 60, 70, 80 in X-Richtung auf der Längsführung 50 weist die Schleifmaschine 10 drei Spindeln 51, 52, 53 auf, die sich in X-Richtung (parallel zu den Führungsschienen 54, 55) im Wesentlichen über die ganze Länge der Maschine 20 erstrecken. Die Spindeln 51, 52, 53 sind in axialer Richtung (d.h. in X-Richtung) unverschieblich und um Rotationsachsen drehbar auf dem Maschinenbett 20 gelagert. Die Spindeln 51, 52, 53 sind bezüglich des Maschinenbettes 20 derart angeordnet, dass ihre Rotationsachsen in X-Richtung verlaufen, parallel zu den Führungsschienen 54, 55 und zur Werkstückrotationsachse A.
Die Spindeln 51, 52, 53 sind je im Bereich der beiden axialen Spindelenden in geeigneten Lagern auf dem Maschinenbett 20 gelagert, wobei die Lager entweder auf Lagerböcken, wie in Fig. 2 unter 56 dargestellt, oder in vorderseitigen und/oder rückseitigen Stirnwänden des Maschinenbettes 20 fest auf dem Maschinenbett 20 angeordnet sind.
Wie in Fig. 2 erkennbar ist, ist die Spindel 51 derart angeordnet, dass sie unter dem Schlitten 80 mit der Gegenspitze 82 und dem Schlitten 70 mit den Stützmitteln 72, 74 durchgeführt ist, ohne diese zu berühren. Die Spindel 51 wirkt mit einer Mutter zusammen, welche am Schlitten 60 mit dem Werkstückhalter 61 befestigt ist, um nach Art eines Spindel-Mutter-Triebes den Schlitten 60 auf der Linearführung 50 translatorisch in X-Richtung anzutreiben.
In ähnlicher Weise ist die Spindel 52 derart angeordnet, dass sie unter dem Schlitten 80 mit der Gegenspitze 82 und dem Schlitten 60 mit dem Werkstückhalter 61 durchgeführt ist, ohne diese zu berühren. Die Spindel 52 wirkt mit einer Mutter 75 zusammen, welche am Schlitten 70 mit den Stützmitteln 72, 74 befestigt ist, um nach Art eines Spindel-Mutter-Triebes den Schlitten 70 auf der Längsführung 50 translatorisch in X-Richtung anzutreiben.
Die Spindel 53 ist auf analoge Art derart angeordnet, dass sie unter dem Schlitten 60 mit dem Werkstückhalter 61 und dem Schlitten 70 mit den Stützmitteln 72, 74 durchgeführt ist, ohne diese zu berühren. Die Spindel 53 wirkt mit einer Mutter 85 zusammen, welche am Schlitten 80 mit der Gegenspitze 82 befestigt ist, um nach Art eines Spindel-Mutter-Triebes den Schlitten 80 auf der Längsführung 50 translatorisch in X-Richtung anzutreiben.
Bei dem in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiel werden für die Spindel-Mutter-Triebe 51; 52, 75 und 53, 85 Kugelumlaufspindeln verwendet. Grundsätzlich sind jedoch auch andere geeignete Spindel-Mutter-Triebe für den translatorischen Antrieb der Schlitten 60, 70 und 80 auf der Längsführung 50 verwendbar.
Beim in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiel der Erfindung wird die Spindel 51, die mit der Mutter am Schlitten 60 mit dem Werkstückhalter 61 zusammenwirkt, über einen Zahnriemen 58 durch einen Elektromotor 57 zur Drehung angetrieben. Der Elektromotor 57 und der Zahnriemen 58 sind im Bereich der axial hinteren Enden des Spindeln 51, 52, 53, in der Nähe der Rückseite 23 des Maschinenbettes 20, auf dem Maschinenbett angeordnet, wobei der Elektromotor 57 durch die Programmsteuerung der Schleifmaschine 10 gesteuert wird.
Die Spindel 52, die mit der Mutter 75 am Schlitten 70 mit den Stützmitteln 72, 74 zusammenwirkt, weist im Bereich ihres axial vorderen Spindelendes eine als erste Kupplungsmittel ausgebildete Kupplung 91 auf. Um die Spindel 52 zur Drehung anzutreiben, ist sie über die Kupplung 91 und einen Zahnriemen 92 mit der durch den Elektromotor 57 angetriebenen Spindel 51 verbunden. Die Kupplung 91 ist - gesteuert durch die Programmsteuerung der Schleifmaschine 10 - derart betätigbar, dass sie über den Zahnriemen 92 wahlweise entweder eine drehfeste Verbindung zwischen der Spindel 51 und der Spindel 52 bewirkt oder diese drehfeste Verbindung löst. Wenn die Kupplung 91 eingekuppelt ist, bewirkt der Zahnriemen 92 eine drehfeste Verbindung zwischen der Spindel 51 und der Spindel 52 derart, dass die Drehbewegung der Spindel 51 mit derjenigen der Spindel 52 gekuppelt ist.
Die Spindel 52 wird dann durch die Spindel 51 derart zur Drehung angetrieben, dass der Schlitten 70 mit den Stützmitteln 72, 74 synchron zum Schlitten 60 mit dem Werkstückhalter 61 translatorisch in X-Richtung bewegt wird. Wenn die Kupplung 91 ausgekuppelt ist, wird kein Drehmoment mehr von der Spindel 51 zur Spindel 52 übertragen. Bei der in den Figuren dargestellten Ausführungsform der Erfindung ist die Selbsthemmung des Spindel-Mutter-Triebes 52, 75 in diesem Falle gross genug, um den Schlitten 70 auf der Längsführung 50 bezüglich des Maschinenbettes 20 zu blockieren. Bei einer alternativen Ausführungsform der Erfindung ist eine durch die Programmsteuerung der Schleifmaschine 10 steuerbare Bremsvorrichtung vorgesehen, um den Schlitten 70 wahlweise auf der Längsführung 50 (und somit dem Maschinenbett 20) zu blockieren.
In analoger Weise weist die Spindel 53, die mit der Mutter 85 am Schlitten 80 mit der Gegenspitze 82 zusammenwirkt, im Bereich ihres axial vorderen Spindelendes eine als zweite Kupplungsmittel ausgebildete Kupplung 93 auf, die - wiederum gesteuert durch die Programmsteuerung der Schleifmaschine 10 - derart betätigbar ist, dass sie über einen Zahnriemen 94 wahlweise entweder eine drehfeste Verbindung zwischen der Spindel 51 und der Spindel 53 bewirkt oder diese drehfeste Verbindung löst.
Wenn die Kupplung 93 eingekuppelt ist, bewirkt der Zahnriemen 94 eine drehfeste Verbindung zwischen der Spindel 51 und der Spindel 53 derart, dass die Drehbewegung der Spindel 51 mit derjenigen der Spindel 53 gekuppelt ist und die Spindel 53 durch die Spindel 51 derart zur Drehung angetrieben wird, dass der Schlitten 80 mit der Gegenspitze 82 synchron zum Schlitten 60 mit dem Werkstückhalter 61 translatorisch in X-Richtung bewegt wird. Wenn die Kupplung 91 ausgekuppelt ist, wird kein Drehmoment mehr von der Spindel 51 zur Spindel 53 übertragen und der Schlitten 80 wird auf Grund der Selbsthemmung des Spindel-Mutter-Triebes 53, 85 auf der Längsführung 50 bezüglich des Maschinenbettes 20 blockiert.
Es kann wiederum eine durch die Programmsteuerung der Schleifmaschine 10 steuerbare Bremsvorrichtung vorgesehen sein, um den Schlitten 70 wahlweise auf der Längsführung 50 (und somit dem Maschinenbett 20) zu blockieren.
Durch diese Ausführungsart der Erfindung wird eine kostengünstige Konstruktion der Schleifmaschine 10 erreicht, da zum Antrieb und zur Steuerung der drei Schlitten 60, 70, 80 nur eine einzige programmgesteuerte Antriebsspindel 51 benötigt wird und die beiden anderen Antriebsspindeln 52, 53 indirekt über diese eine programmgesteuerte Antriebsspindel 51 zur Drehung angetrieben werden.
Zum Schleifen z.B. eines langen, dünnen Werkstückes kann zunächst das gewünschte Stützelement, z.B. die Stützlünette 72, auf dem Schlitten 70 in Y-Richtung in eine Position zum Stützen und/oder Führen des zu schleifenden Werkstückes bewegt werden. Dann wird das zu schleifende Werkstück im Spannfutter 62 des Werkstückhalters 61 eingespannt. Anschliessend kann bei blockiertem Schlitten 80 (d.h. bei gelöster Kupplung 93) der Schlitten 60 auf der Längsführung 50 verschoben werden, bis das zu schleifende Werkstück die Gegenspitze 82 berührt und somit durch diese zentriert und stabilisiert wird. Gleichzeitig dazu kann nötigenfalls der Schlitten 70 synchron zum Schlitten 60 auf der Längsführung 50 verschoben werden, um den Schlitten 70 an den Schleifort unterhalb des Portals 30 zu bringen.
Anschliessend können die drei Schlitten in X-Richtung auf ihre Startposition für den eigentlichen Schleifvorgang verschoben werden, wobei entweder alle drei synchron miteinander oder der Schlitten 60 alleine oder zusammen mit einem der beiden anderen verschoben werden. Sobald die drei Schlitten 60, 70, 80 die Startposition für den Schleifvorgang erreicht haben, kann die Kupplung 91 gelöst und die Kupplung 93 eingekuppelt werden, um das Werkstück zum Schleifen zusammen mit den synchron laufenden Schlitten 60 und 80 an der bezüglich des Maschinenbettes ortsfesten Stützlünette 72 und der ebenfalls ortsfesten Schleifspindel 42 vorbei zu verschieben,
wobei die Stützlünette 72 das zu schleifende Werkstück vorzugsweise in der Nähe des Schleifortes stützt und/oder führt und die sich synchron zum Werkstück bewegende Gegenspitze 82 das sich bewegende Werkstück fortwährend stabilisiert.
Als Alternative können zum Schleifen auch sowohl die Kupplung 91 als auch die Kupplung 93 eingekuppelt werden, um sowohl die Stützlünette 72 als auch die Gegenspitze 82 synchron zum Schlitten 60 (und somit zum zu schleifenden Werkstück) zu bewegen.
Gewünschtenfalls kann ein Werkstück auch fliegend geschliffen werden, d.h. ohne Stabilisierung oder Zentrierung durch die Gegenspitze 82. In diesem Fall wird die Gegenspitze 82 vorzugsweise zum vorderseitigen Ende der Längsführung 50 verschoben und dann die Kupplung 93 ausgekuppelt und der Schlitten 80 somit blockiert, damit die nicht benötigte Gegenspitze 82 den Bearbeitungsraum zum Schleifen nicht unnötigerweise einschränkt. Das Schleifen kann dann wiederum wahlweise entweder mit eingekuppelter Kupplung 91 und somit synchron mit dem Werkstück mitbewegter Stützlünette 72 oder mit ausgekuppelter Kupplung 91 und somit ortsfester Stützlünette 72 ausgeführt werden.
Es versteht sich von selbst, dass als weitere Alternative ein Werkstück auch ohne jegliche Stützung und/oder Führung durch die Gegenspitze 82, die Stützlünette 72 oder die Führungsbüchse 74 geschliffen werden kann. Dazu können z.B. sowohl der Schlitten 70 als auch der Schlitten 80 derart zum vorderseitigen Ende der Führung 50 verschoben werden, dass weder die Stützlünette 72 noch die Führungsbüchse 74 noch die Gegenspitze 82 das zu schleifende Werkstück berühren. Anschliessend werden zum Schleifen die Kupplungen 91 und 93 gelöst.
Die Spindel-Mutter-Triebe 51; 52, 75; 53, 85, die Kupplungsvorrichtungen 91, 93, die Zahnriemen 58, 92, 94 und die Elektromotoren sind in für Schleifmaschinen üblicher Weise zum Schutz gegen Verschmutzung durch Schleifstaub und/oder andere Fremdstoffe mit Faltenbälgen abgeschirmt. Ein erster Faltenbalg 95 deckt den Elektromotor 57, den Zahnriemen 58 und die Spindeln 51, 52, 53 von den rückseitigen Spindelenden bis zum Schlitten 60 ab. Ein zweiter Faltenbalg 96 erstreckt sich zwischen den Schlitten 60 und 70. Ein dritter Faltenbalg 97 deckt die Spindeln 51, 52, 53 zwischen den Schlitten 70 und 80 ab, und ein vierter Faltenbalg 98 erstreckt sich vom Schlitten 80 bis zu den vorderseitigen Spindelenden und deckt nebst den Spindeln 51, 52, 53 auch den Lagerbock 56, die Kupplungen 91, 93 und die Zahnriemen 92, 94 ab.
Auf der Oberseite 25 des Maschinenbettes 20 ist weiter eine mit diesem fest verbundene portalförmige Struktur 30, im Folgenden Portal 30 genannt, angeordnet. Das u-förmige Portal 30 hat zwei im Wesentlichen vertikale Seitenwände oder Ständer 31, 32 und eine die beiden Ständer 31, 32 verbindende, oberhalb des Maschinenbettes 20 anzuordnende, im Wesentlichen horizontale Brücke 33. Zur starren Befestigung der Ständer 31, 32 am Maschinenbett 20 können Erstere mittels Schrauben oder mittels Verschweissung an Letzterem befestigt sein, oder das Maschinenbett 20 kann mitsamt den Ständern 31, 32 als einteiliges Gussstück ausgebildet sein.
Die Brücke 33 erstreckt sich in Y-Richtung, d.h. horizontal und rechtwinklig zur X-Richtung, vom Ständer 31 zum Ständer 32 und ist in vertikaler Z-Richtung längs verschieblich an den beiden Ständern 31, 32 angeordnet, um eine Höhenverstellung der Brücke 33 und des an ihr angeordneten Schleifspindelkopfes 40 zu ermöglichen. Zur Höhenverstellung der Brücke 33 ist an den beiden Ständern 31, 32 je eine vertikale Spindel angelagert, die mit je einer Mutter, welche je an einem der beiden stützenseitigen Enden der Brücke 33 befestigt sind, nach Art eines Spindel-Mutter-Triebes zusammenwirken. Vorzugsweise werden zu diesem Zweck zwei Kugelumlaufspindeln für die beiden Spindel-Mutter-Triebe entlang der Ständer 31, 32 verwendet.
Die beiden Spindeln werden über Zahnriemen durch einen einzigen, gemeinsamen Elektromotor angetrieben, damit eine exakt parallele Verschiebung der Brücke 33 entlang der beiden Ständer 31, 32 gewährleistet ist. Der in Fig. 1 schematisch bei 38 dargestellte Elektromotor ist im Maschinenbett 20 unterhalb dessen Oberseite 25 angeordnet und wird durch die Programmsteuerung der Schleifmaschine 10 gesteuert. Wie bei Schleifmaschinen üblich, sind die beiden Spindel-Mutter-Triebe für die Höhenverstellung der Brücke 33 zum Schutz gegen Verschmutzung durch Schleifstaub und/oder andere Fremdstoffe je mit einem Faltenbalg vom Ständerfuss bis zur Brücke 33 und einem weiteren Faltenbalg von der Brücke 33 bis zum oberen Ende des Ständers abgeschirmt.
Von diesen vier Faltenbälgen ist in Fig. 1 beispielhaft der Faltenbalg 34 dargestellt, der sich entlang des Ständers 31 von der Oberseite 25 des Maschinenbettes 20 bis zur Brücke 33 erstreckt.
Das Portal 30 bildet zusammen mit dem Maschinenbett 20 einen durch die Oberseite 25 des Maschinenbettes 20, die Ständer 31, 32 und die Brücke 33 begrenzten freien Durchgang 36 in X-Richtung, durch welchen hindurch ungefähr in der Mitte die Führungsschienen 54, 55 der Längsführung 50 verlaufen. Dadurch sind sowohl der Schlitten 70 mitsamt den Stützmitteln 72, 74 als auch der Schlitten 60 mitsamt dem Werkstückhalter 61 und der Schlitten 80 mitsamt der Gegenspitze 82 durch den freien Durchgang 36 des Portals 30 hindurch verschiebbar. Somit kann das ganze zu schleifende Werkstück zum Schleifen durch den Durchgang 36 hindurch verschoben werden und es gibt keine prinzipiell durch die Konstruktion der Schleifmaschine 10 bedingte Beschränkung der Länge der zu schleifenden Werkstücke.
An der Brücke 33 ist eine Linearführung angeordnet, welche zur Führung eines in Y-Richtung, d.h. horizontal und rechtwinklig zur X-Richtung, an der Brücke 33 verschieblich angeordneten Schlittens 37 dient. Der Schlitten 37 wird durch einen an der Brücke 33 angeordneten Stellmotor (nicht dargestellt) translatorisch in Y-Richtung auf der Linearführung an der Brücke 33 bewegt. Dieser Stellmotor wird durch die Programmsteuerung der Schleifmaschine 10 gesteuert. Der Stellmotor und die Linearführung an der Brücke 33 sind wiederum durch Faltenbälge 45, 46 abgeschirmt.
Am Schlitten 37 ist ein Schleifspindelkopf 40 um eine im wesentlichen vertikale Rotationsachse C verschwenkbar angeordnet. Bei der in den Figuren dargestellten Schleifmaschine 10 ist der Schleifspindelkopf 40 mittels des Elektromotors 41 um 360 DEG um die Rotationsachse C schwenkbar. Der Schleifspindelkopf 40 kann, wie an sich bekannt, eine oder mehrere Schleifspindeln 42 umfassen, die je mit einer oder mehreren Schleifscheiben 44 bestückt sind. Die eine oder mehrere Schleifspindeln werden durch einen am Schleifspindelkopf angeflanschten Elektromotor 47 in für Schleifmaschinen üblicher Weise angetrieben.
Der Stellantrieb 38 für die Höhenverstellung der Brücke 33, der Stellantrieb für die lineare Verschiebung des Schlittens 37 in Y-Richtung und der Stellantrieb 41 für die Schwenkbewegung des Schleifspindelkopfes 40 sind durch die Programmsteuerung der Schleifmaschine 10 gesteuert, um jeweils entsprechend einem Steuerungsprogramm eine translatorische Stellbewegung in Y- bzw. Z-Richtung sowie eine rotatorische Stellbewegung um die Rotationsachse C auszuführen.
Bei einer alternativen, nicht in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsform der erfindungsgemässen Schleifmaschine ist der Schleifspindelkopf zusätzlich um eine horizontale Schwenkachse schwenkbar am Schlitten des Portals angeordnet. Bei einer anderen alternativen Ausführungsform der Erfindung ist die Portalbrücke starr und nicht verschiebbar an den beiden Portalständern befestigt und die translatorische Verschiebbarkeit des Schleifspindelkopfes in Y- und Z-Richtung wird durch einen an der Portalbrücke angebrachten Kreuzschlitten bereitgestellt.
Insgesamt ist bei der erfindungsgemässen Schleifmaschine der Schleifspindelkopf 40 im Bereich des durch das Portal 30 und das Maschinenbett 20 gebildeten Durchgangs 36 bezüglich des Maschinenbettes 20 translatorisch in eine horizontale Y-Richtung und eine vertikale Z-Richtung verschiebbar sowie um eine vertikale Rotationsachse C verschwenkbar.
Zusammenfassend ist festzustellen, dass durch die Erfindung eine programmgesteuerte Schleifmaschine bereitgestellt wird, welche insbesondere auch das präzise Schleifen von langen und dünnen Werkstücken ermöglicht, indem lange Werkstücke zum Schleifen durch den Portaldurchgang 36 hindurchbewegt werden können und die Werkstücke mittels einer Stützlünette 72 oder einer Führungsbüchse 74 stets optimal am Schleifort gestützt werden können. Weil der Schleifspindelkopf 40 auf beide Seiten eines mittig im Portaldurchgang anzuordnenden zu schleifenden Werkstückes verschiebbar ist und zudem um die vertikale Rotationsachse C verschwenkbar ist, können mit der Schleifmaschine 10 auch rechts- und linksspiralige Werkstücke gleichrangig (d.h. ohne Neueinspannung) und deshalb wirtschaftlich geschliffen werden.
Technical field
The invention relates to a program-controlled grinding machine, according to the preamble of claim 1, for grinding workpieces, in particular metallic workpieces, such as tools of machine tools.
State of the art
Program-controlled grinding machines are u. a. for grinding or regrinding of processing tools (drills, milling cutters, cutting blades, chisels, round broaching tools etc. ) used for machine tools, these processing tools made of metal and / or other materials, such as. B. ceramic materials. A machine tool can only machine a workpiece as precisely as the machining tool used allows. Therefore, extreme precision is required for grinding or regrinding these processing tools. This high level of accuracy can usually only be achieved using grinding machines that have program control.
Nowadays, numerical controls (NC or CNC controls) are preferably used as program controls for grinding machines, in particular tool grinding machines. In principle, however, other program controls for grinding machines are also possible, e.g. B. Cam controls or mechanical post-form controls. In the following, a program-controlled grinding machine is understood to mean a grinding machine that is influenced by any analog or digital program control.
Program-controlled grinding machines are u. a. known from EP-A1 072 887 and EP-A2 611 630. EP-A1 072 887 describes a program-controlled grinding machine which is constructed in the widely used column construction. This grinding machine has a vertical column, on which a grinding spindle head is arranged, which carries one or more grinding spindles. The grinding spindles are equipped with one or more grinding wheels. The grinding spindle head is pivotable and translationally arranged on the column in the vertical direction.
The column, in turn, is rotatable about a vertical axis and horizontally displaceable along a translational axis next to a workpiece holder, the workpiece holder holding the workpiece to be ground being adjustable with respect to the translatory and rotational axes relative to the column. For processing rotating workpieces, such as. B. Drill, the workpiece holder can have a workpiece clamping device rotatable about a horizontal workpiece rotation axis for holding the workpiece to be ground.
Column-shaped grinding machines have the advantage, on the one hand, that they can be used to machine workpieces that have a considerable extent, at least in the horizontal direction. On the other hand, these grinding machines have a number of disadvantages. So their construction is technically complex and the freedom for processing is z. T. restricted by the column. Long, unproductive adjustment paths for the grinding wheels are required for certain grinding work, which increases the cost of operating the grinding machine. Due to the asymmetrical arrangement of the column with respect to the workpiece (the column is on one side next to the workpiece) z. B. right and left spiral milling cutters, drills etc. cannot be sanded at the same level, which requires repeated clamping to sand them.
The grinding machine known from EP-A2 611 630 is designed in a portal construction and has a workpiece holder arranged on a turntable, which can have a workpiece clamping device that can be rotated about a horizontal workpiece rotation axis, for receiving preferably rotating workpieces. The turntable is arranged so that it can pivot about a vertical C axis on a slide that can be moved horizontally in the X direction, the linear guideway of the slide being firmly attached to the machine bed of the grinding machine.
A portal-shaped structure with two lateral stands and a horizontal bridge connecting the two stands, which runs above the machine bed and on which the grinding spindle head can be adjusted along a horizontal Y-axis and a vertical Z-axis and, if necessary, about a vertical axis of rotation, is also attached to the machine bed is pivotally arranged.
A grinding machine designed in accordance with the teaching of EP-A2 611 630 is suitable due to its symmetrical machine structure with regard to the workpiece for the equal ranking grinding of right and left spiral workpieces. Due to the arrangement of the workpiece holder on a turntable, which in turn is arranged on a slide, only relatively small workpieces can be processed. The workpiece, including the workpiece clamping device and any means available for supporting and / or stabilizing the workpiece, must find space on the turntable. This is particularly the grinding of relatively long and thin workpieces (z. B. Drills) with a grinding machine of this type.
Presentation of the invention
The object of the invention is to provide a grinding machine which overcomes the disadvantages of the known grinding machines mentioned above and is particularly suitable for the economical and precise grinding of long, thin workpieces.
The solution to the problem is the subject of independent claim 1.
A program-controlled grinding machine according to the invention has a workpiece holding device which is translationally movable by means of first drive means along a machine bed in the X direction and is designed to receive a workpiece to be ground, and a workpiece guide device which is translationally movable by means of second drive means on the machine bed in the X direction is designed to guide and / or support the workpiece to be ground. The second drive means can be controlled in such a way that it is optionally possible to move the workpiece guide device synchronously with the workpiece holding device or to block the workpiece guide device with respect to the machine bed.
The grinding machine according to the invention in particular also enables the precise grinding of long and thin workpieces, in that the workpieces can always be optimally supported at the grinding location by means of the workpiece guide device, while the workpiece held by the workpiece holding device is moved past the grinding location.
Because the workpiece guide device only has to be moved either synchronously with the workpiece holder device or blocked at one location on the machine bed, the drive means of the workpiece guide device can be driven indirectly by the drive means of the workpiece holder device. As a result, in the grinding machine according to the invention only the drive means of the workpiece holding device need to be controlled directly by the program control of the grinding machine, which reduces the manufacturing costs and the effort for programming the program control in comparison to a grinding machine with two drive means controlled directly by the program control.
The grinding machine according to the invention has z. B. A grinding machine constructed according to the teaching of EP-A2 611 630 has the further advantage that the support steady rest (and possibly the counter tip) are not connected in series-kinematics over several stages with respect to the machine bed. In the grinding machine according to EP-A2 611 630, a support bezel would, if desired, be arranged on the swiveling rotary plate carrying the tool holder, which in turn is arranged on a slide that can be moved linearly with respect to the machine bed. The movements of the support steady rest (and possibly counter tip) are thus connected in series-kinematics to the swiveling movement of the turntable and the linear movement of the slide.
With series-kinematically sequential movements, on the one hand the masses to be moved by the drives become large, which has a disadvantageous effect on the maximum achievable accelerations and thus on the processing speed. On the other hand, the total error of the movement of the last movement axis is composed of the sum of the deviations of the individual movement axes, which has a disadvantageous effect on the precision of the movement that can be achieved. In contrast to the grinding machine according to EP-A2 611 630, in the grinding machine according to the invention the workpiece holding device, the support steady rest and possibly the countertip with respect to the machine bed are not movable in a serial kinematic, but in a parallel kinematic arrangement.
Preferably, the grinding machine according to the invention further comprises a longitudinal guide device fixedly arranged on the machine bed for guiding the translatory movements of the workpiece holding device and the workpiece guide device in the X direction.
According to a further preferred embodiment of the grinding machine according to the invention, the workpiece guide device has a positioning device for optionally positioning at least one guide element in a position for guiding and / or supporting the workpiece to be ground or in a neutral position in which the latter does not touch the workpiece to be ground.
The first drive means of a grinding machine according to the invention preferably comprise a first spindle driven by a motor, which interacts with a first nut fixedly attached to the workpiece holding device in order to translate the workpiece holding device in the X direction in the manner of a spindle-nut drive. A ball screw is preferably used for this purpose. However, other suitable linear drives (e.g. B. a directly driven linear motor or a piston-cylinder drive) can be used to drive the workpiece holding device with respect to the machine bed.
The second drive means of a grinding machine according to the invention preferably comprise a second spindle driven by a motor, which interacts with a second nut fixedly attached to the workpiece guide device in order to translate the workpiece guide device in the X direction in the manner of a spindle-nut drive. A ball screw is preferably used for this purpose. The grinding machine preferably further comprises first coupling means for the optionally releasable, rotationally fixed coupling of the rotational movement of the first spindle with that of the second spindle, in order to optionally bring about a synchronous movement of the workpiece guide device with the workpiece holding device or a blocking of the workpiece guide device with respect to the machine bed (20).
In an alternative embodiment of the invention, other suitable linear drives (e.g. B. a directly driven linear motor or a piston-cylinder drive) can be used to drive the workpiece guide device with respect to the machine bed.
In a further preferred embodiment of the invention, the grinding machine further comprises a counter-sharpening device, which can be translated in the X direction by means of third drive means on the machine bed and is designed to guide and / or support the workpiece to be ground, the third drive means being controllable in such a way that optionally a synchronous one Moving the counterpoint device with the workpiece holding device or blocking the counterpoint device with respect to the machine bed is possible. The third drive means preferably in turn comprise a ball screw.
Furthermore, the grinding machine preferably comprises second coupling means for the optionally releasable, rotationally fixed coupling of the rotational movement of the first spindle with that of the third spindle, in order to optionally bring about a synchronous movement of the counter-sharpening device with the workpiece holding device or to block the counter-sharpening device with respect to the machine bed. However, other suitable linear drives can also be used to drive the counterpoint device with respect to the machine bed.
In an alternative embodiment of the invention, instead of the coupling means mentioned above, suitably controlled drive means can be provided in order to ensure that the workpiece guide device or to effect the counter-sharpening device with the workpiece holding device.
The grinding machine according to the invention preferably comprises a U-shaped portal with two lateral stands, which are fixedly arranged on the machine bed, and an essentially horizontal bridge connecting the two stands, which can be moved translationally above the machine bed in the vertical Z direction and arranged on the two stands in this way for carrying a grinding spindle head that the machine bed, the two stands and the bridge limit a passage free in the X direction for at least partially carrying out a workpiece to be ground. The portal is preferably arranged with respect to the machine bed in such a way that the workpiece guide device can be moved translationally in the X direction through the free passage.
It is further preferred that the workpiece holding device and - if present - the counter-pointed device can also be moved through the free passage. Furthermore, the grinding spindle head is preferably translationally movable essentially horizontally with respect to the machine bed 20 and at right angles to the X direction in a Y direction and is arranged on the portal bridge so as to be pivotable about a substantially vertical axis of rotation.
The following detailed description of the present invention in conjunction with the accompanying drawings serves only as an example for a better understanding of the invention and is not to be interpreted as a limitation of the scope of the patent claims. Further advantageous embodiments and combinations of features are readily apparent to those skilled in the art from the following description in conjunction with the accompanying drawings and the entirety of the claims, which, however, are still within the scope of the present invention.
Brief description of the drawings
The drawings illustrate an embodiment of the present invention. Show it:
FIG. 1 shows a grinding machine according to an exemplary embodiment of the invention in a schematic perspective illustration;
FIG. 2 shows a section of the grinding machine according to FIG. 1 in perspective.
Ways of Carrying Out the Invention
The in Fig. 1 has a stable, box-shaped machine bed 20, which is produced, for example, as a cast part from gray cast iron or as a welded construction. The machine bed 20 is essentially rectangular in plan view and has two long sides 22, 24 which are significantly longer than the rear side 23 and the front side 21 of the machine bed 20.
On the top 25 of the machine bed 20, a longitudinal guide 50 is arranged approximately centrally between the two long sides 22, 24 of the machine bed 20. The longitudinal guide 50 comprises two guide rails 54, 55 which are arranged parallel to one another and are fixed on the upper side 25 of the machine bed 20 and extend essentially in the X direction (in the longitudinal direction of the machine bed 20) along the longitudinal sides 22, 24 of the machine bed 20 over the entire length extend the machine bed 20. As in Fig. 2 can be clearly seen, the guide rails 54, 55 in the embodiment of the invention shown in the figures have a substantially square cross section. However, other guide rails or other suitable guide means for linear guidance in the X direction can also be used.
On the longitudinal guide 50, three carriages 60, 70, 80 are mounted one behind the other in the X-direction in the longitudinal direction X of the machine bed, one behind the other. For the sake of clarity, 2, the rearmost carriage 60 (with the workpiece holder 61 described below) and the bellows for covering the spindles are not shown.
The rearmost carriage 60 carries a workpiece holder 61 for holding or clamping a workpiece to be ground. The workpiece holder 61 according to the embodiment of the invention shown in the figures has a workpiece clamping device 62 which can be rotated about a horizontal workpiece rotation axis A and is in the form of a chuck 62 for receiving preferably round workpieces. The workpiece clamping device 62 is arranged on the slide 60 of the workpiece holder 61 such that the axis of rotation A lies in the X direction, parallel to the longitudinal guide 50. The workpiece clamping device 62 is coupled to a suitable actuator in order to carry out a rotary actuating movement about the axis of rotation A in a manner known per se - controlled by the program control of the grinding machine 10 - in accordance with a control program.
For this purpose, the actuator comprises an electric motor 63 arranged on the carriage 60, which is coupled to the workpiece clamping device 62 via a worm gear in order to drive it for rotation. The electric motor 63 is controlled by the program control of the grinding machine 10.
The middle slide 70 is designed to carry one or more support or guide means for supporting and / or guiding the workpiece to be ground. In the grinding machine 10 according to the invention shown in the figures, the slide 70 carries a support bezel 72 and a guide bush 74. The support steady rest 72 or the guide sleeve 74 can optionally - controlled by the program control of the grinding machine 10 - be moved on the carriage 70 into a position for supporting and / or guiding the workpiece to be ground or into a neutral position, in which the latter it is to be ground Do not touch the workpiece.
In the embodiment shown in the figures, the support bezel 72 and the guide bush 74 are on a longitudinal guide in the Y direction (i.e. H. horizontally and at right angles to the X direction) slidably mounted on the carriage 70. By a first spindle-nut drive, which is shown in Fig. 2 schematically illustrated electric motor 71 is actuated, the support steady rest 72 can either be in a position for supporting and / or guiding the workpiece to be ground approximately in the middle of the slide 70 or in a neutral position at the slide end, which is closer to the long side 22 of the machine bed 20 lies, are moved.
A second spindle-nut drive, which is shown in Fig. 2 schematically illustrated electric motor 73 is actuated, the guide bush 74 can either be in a position for supporting and / or guiding the workpiece to be ground approximately in the middle of the carriage 70 or in a neutral position at the end of the carriage, which is closer to the longitudinal side 24 of the machine bed 20 lies, are moved. The electric motors 71, 73 are controlled by the program control of the grinding machine 10.
In alternative embodiments of the invention, one or more different support and / or guide means for the tool to be ground, which are carried on the carriage 70, can also be used with other suitable adjusting devices (such as e.g. B. a piston-cylinder actuator or a swivel mechanism) are moved into and out of a supporting or guiding position, or the carriage 70 can carry a supporting and / or guiding device fixedly mounted thereon.
The foremost carriage 80 carries a so-called counter tip or centering tip 82 in order to stabilize and / or center the workpiece to be ground at its end opposite the end on the workpiece holder side. The counter tip 82 is fixed on the slide 80 and exactly in the center of the workpiece rotation axis A and serves to stabilize / center, in particular, long, thin workpieces which are rotated about the workpiece rotation axis A during grinding by means of the rotatable workpiece clamping device 62.
For the translatory displacement of the slides 60, 70, 80 in the X direction on the longitudinal guide 50, the grinding machine 10 has three spindles 51, 52, 53, which essentially extend in the X direction (parallel to the guide rails 54, 55) extend the entire length of the machine 20. The spindles 51, 52, 53 are in the axial direction (i.e. H. in the X direction) immovable and rotatable on the machine bed 20 about rotation axes. The spindles 51, 52, 53 are arranged with respect to the machine bed 20 such that their axes of rotation run in the X direction, parallel to the guide rails 54, 55 and to the workpiece rotation axis A.
The spindles 51, 52, 53 are each supported in the area of the two axial spindle ends in suitable bearings on the machine bed 20, the bearings either on bearing blocks, as shown in FIG. 2 shown at 56, or in the front and / or rear end walls of the machine bed 20 are fixedly arranged on the machine bed 20.
As in Fig. 2 can be seen, the spindle 51 is arranged in such a way that it is passed under the slide 80 with the opposite tip 82 and the slide 70 with the support means 72, 74 without touching them. The spindle 51 interacts with a nut which is fastened to the slide 60 with the workpiece holder 61 in order to translate the slide 60 on the linear guide 50 in the X direction in the manner of a spindle-nut drive.
Similarly, the spindle 52 is arranged such that it is passed under the slide 80 with the counter tip 82 and the slide 60 with the workpiece holder 61 without touching it. The spindle 52 cooperates with a nut 75 which is fastened to the slide 70 with the support means 72, 74 in order to translate the slide 70 on the longitudinal guide 50 in the X direction in the manner of a spindle-nut drive.
The spindle 53 is arranged in an analogous manner such that it is carried out under the slide 60 with the workpiece holder 61 and the slide 70 with the support means 72, 74 without touching them. The spindle 53 interacts with a nut 85 which is fastened to the slide 80 with the counter tip 82 in order to translate the slide 80 on the longitudinal guide 50 in the X direction in the manner of a spindle-nut drive.
In the embodiment shown in the figures, for the spindle-nut drives 51; 52, 75 and 53, 85 ball screws used. In principle, however, other suitable spindle-nut drives can also be used for the translatory drive of the slides 60, 70 and 80 on the longitudinal guide 50.
In the exemplary embodiment of the invention shown in the figures, the spindle 51, which cooperates with the nut on the slide 60 with the workpiece holder 61, is driven to rotate via a toothed belt 58 by an electric motor 57. The electric motor 57 and the toothed belt 58 are arranged on the machine bed in the region of the axially rear ends of the spindles 51, 52, 53, near the rear side 23 of the machine bed 20, the electric motor 57 being controlled by the program control of the grinding machine 10.
The spindle 52, which cooperates with the nut 75 on the slide 70 with the support means 72, 74, has a coupling 91 designed as a first coupling means in the region of its axially front spindle end. In order to drive the spindle 52 for rotation, it is connected to the spindle 51 driven by the electric motor 57 via the coupling 91 and a toothed belt 92. The clutch 91 - controlled by the program control of the grinding machine 10 - can be actuated in such a way that it either effects a rotationally fixed connection between the spindle 51 and the spindle 52 via the toothed belt 92 or releases this rotationally fixed connection. When the clutch 91 is engaged, the toothed belt 92 effects a rotationally fixed connection between the spindle 51 and the spindle 52 in such a way that the rotational movement of the spindle 51 is coupled to that of the spindle 52.
The spindle 52 is then driven to rotate by the spindle 51 in such a way that the slide 70 with the support means 72, 74 is moved in translation in the X direction in synchronism with the slide 60 with the workpiece holder 61. When the clutch 91 is disengaged, torque is no longer transmitted from the spindle 51 to the spindle 52. In the embodiment of the invention shown in the figures, the self-locking of the spindle-nut drive 52, 75 is in this case large enough to block the slide 70 on the longitudinal guide 50 with respect to the machine bed 20. In an alternative embodiment of the invention, a braking device that can be controlled by the program control of the grinding machine 10 is provided in order to optionally block the slide 70 on the longitudinal guide 50 (and thus the machine bed 20).
In an analogous manner, the spindle 53, which interacts with the nut 85 on the slide 80 with the counter tip 82, has a coupling 93 designed as a second coupling means in the region of its axially front spindle end, which coupling - again controlled by the program control of the grinding machine 10 - can be actuated in this way is that it either causes a non-rotatable connection between the spindle 51 and the spindle 53 via a toothed belt 94 or releases this non-rotatable connection.
When the clutch 93 is engaged, the toothed belt 94 provides a rotationally fixed connection between the spindle 51 and the spindle 53 such that the rotational movement of the spindle 51 is coupled to that of the spindle 53 and the spindle 53 is driven to rotate by the spindle 51 in this way that the slide 80 with the counter tip 82 is moved in translation in the X direction in synchronism with the slide 60 with the workpiece holder 61. When the clutch 91 is disengaged, no more torque is transmitted from the spindle 51 to the spindle 53 and the slide 80 is blocked due to the self-locking of the spindle-nut drive 53, 85 on the longitudinal guide 50 with respect to the machine bed 20.
Again, a braking device that can be controlled by the program control of the grinding machine 10 can be provided in order to optionally block the slide 70 on the longitudinal guide 50 (and thus the machine bed 20).
With this embodiment of the invention, an inexpensive construction of the grinding machine 10 is achieved, since only a single program-controlled drive spindle 51 is required to drive and control the three carriages 60, 70, 80 and the other two drive spindles 52, 53 indirectly via this one program-controlled drive spindle 51 are driven to rotate.
For grinding z. B. a long, thin workpiece can first the desired support element, for. B. the support steady rest 72, on which the carriage 70 is moved in the Y direction into a position for supporting and / or guiding the workpiece to be ground. Then the workpiece to be ground is clamped in the chuck 62 of the workpiece holder 61. Then, when the carriage 80 is blocked (i.e. H. with the coupling 93 released, the slide 60 can be moved on the longitudinal guide 50 until the workpiece to be ground contacts the counter tip 82 and is thus centered and stabilized by the latter. At the same time, if necessary, the slide 70 can be moved in synchronism with the slide 60 on the longitudinal guide 50 in order to bring the slide 70 to the grinding location below the portal 30.
The three slides can then be moved in the X direction to their starting position for the actual grinding process, either all three being moved synchronously with one another or the slide 60 being moved alone or together with one of the other two. As soon as the three carriages 60, 70, 80 have reached the starting position for the grinding process, the coupling 91 can be released and the coupling 93 can be coupled in order to grind the workpiece together with the synchronously running carriages 60 and 80 on the support bezel which is stationary with respect to the machine bed 72 and also to move the stationary grinding spindle 42 past,
the steady rest 72 preferably supports and / or guides the workpiece to be ground in the vicinity of the grinding location and the counter tip 82, which moves synchronously with the workpiece, continuously stabilizes the moving workpiece.
As an alternative, both the clutch 91 and the clutch 93 can also be engaged for grinding in order to move both the support bezel 72 and the counter tip 82 synchronously with the slide 60 (and thus with the workpiece to be ground).
If desired, a workpiece can also be ground on the fly, i. H. without stabilization or centering by the counter tip 82. In this case, the counter tip 82 is preferably moved to the front end of the longitudinal guide 50 and then the coupling 93 is disengaged and the carriage 80 is thus blocked so that the counter tip 82 which is not required does not unnecessarily restrict the machining space for grinding. The grinding can then either be carried out either with the clutch 91 engaged and thus in synchronism with the workpiece moving support bezel 72 or with the clutch 91 disengaged and thus the stationary support bezel 72.
It goes without saying that, as a further alternative, a workpiece can also be ground without any support and / or guidance by the counter tip 82, the support bezel 72 or the guide bush 74. For this, e.g. B. Both the slide 70 and the slide 80 are displaced to the front end of the guide 50 in such a way that neither the support bezel 72 nor the guide bush 74 nor the counter tip 82 touch the workpiece to be ground. Couplings 91 and 93 are then released for grinding.
The spindle-nut drives 51; 52, 75; 53, 85, the coupling devices 91, 93, the toothed belts 58, 92, 94 and the electric motors are shielded with bellows in a manner customary for grinding machines for protection against contamination by grinding dust and / or other foreign substances. A first bellows 95 covers the electric motor 57, the toothed belt 58 and the spindles 51, 52, 53 from the rear spindle ends to the slide 60. A second bellows 96 extends between the slides 60 and 70. A third bellows 97 covers the spindles 51, 52, 53 between the carriages 70 and 80, and a fourth bellows 98 extends from the carriage 80 to the front spindle ends and, in addition to the spindles 51, 52, 53, also covers the bearing block 56, the clutches 91, 93 and the timing belts 92, 94.
On the upper side 25 of the machine bed 20, a portal-shaped structure 30, hereinafter referred to as the portal 30, is also firmly connected. The U-shaped portal 30 has two essentially vertical side walls or stands 31, 32 and a substantially horizontal bridge 33 connecting the two stands 31, 32 and to be arranged above the machine bed 20. For rigid attachment of the stands 31, 32 to the machine bed 20, the former can be fastened to the latter by means of screws or by welding, or the machine bed 20 together with the stands 31, 32 can be designed as a one-piece casting.
The bridge 33 extends in the Y direction, i. H. horizontally and at right angles to the X direction, from the stand 31 to the stand 32 and is arranged so as to be longitudinally displaceable in the vertical Z direction on the two stands 31, 32 in order to enable a height adjustment of the bridge 33 and of the grinding spindle head 40 arranged thereon. To adjust the height of the bridge 33, a vertical spindle is attached to each of the two stands 31, 32, each of which cooperates with a nut, which is fastened to one of the two ends of the bridge 33 on the support side, in the manner of a spindle-nut drive. For this purpose, two ball screws are preferably used for the two spindle-nut drives along the stands 31, 32.
The two spindles are driven by toothed belts by a single, common electric motor, so that an exactly parallel displacement of the bridge 33 along the two stands 31, 32 is ensured. The in Fig. 1, the electric motor shown schematically at 38 is arranged in the machine bed 20 below the top 25 thereof and is controlled by the program control of the grinding machine 10. As usual with grinding machines, the two spindle-nut drives for the height adjustment of the bridge 33 for protection against contamination by grinding dust and / or other foreign matter are each with a bellows from the stand foot to the bridge 33 and a further bellows from the bridge 33 to shielded upper end of the stand.
Of these four bellows is shown in Fig. 1, the bellows 34 is shown as an example, which extends along the stand 31 from the top 25 of the machine bed 20 to the bridge 33.
The portal 30 forms, together with the machine bed 20, a free passage 36 in the X direction, delimited by the upper side 25 of the machine bed 20, the stands 31, 32 and the bridge 33, through which the guide rails 54, 55 of the longitudinal guide pass approximately in the middle 50 run. As a result, both the slide 70 together with the support means 72, 74 and the slide 60 together with the workpiece holder 61 and the slide 80 together with the counter tip 82 can be displaced through the free passage 36 of the portal 30. Thus, the entire workpiece to be ground can be moved through the passage 36 for grinding, and there is no restriction in principle on the length of the workpieces to be ground, which is due in principle to the construction of the grinding machine 10.
On the bridge 33, a linear guide is arranged, which for guiding a in the Y direction, i. H. horizontally and at right angles to the X direction, on the bridge 33 slidably arranged carriage 37 is used. The carriage 37 is moved translationally in the Y direction on the linear guide on the bridge 33 by a servomotor (not shown) arranged on the bridge 33. This servomotor is controlled by the program control of the grinding machine 10. The servomotor and the linear guide on the bridge 33 are in turn shielded by bellows 45, 46.
A grinding spindle head 40 is arranged on the carriage 37 so as to be pivotable about an essentially vertical axis of rotation C. In the grinding machine 10 shown in the figures, the grinding spindle head 40 can be pivoted by 360 ° about the axis of rotation C by means of the electric motor 41. As known per se, the grinding spindle head 40 can comprise one or more grinding spindles 42, each of which is equipped with one or more grinding wheels 44. The one or more grinding spindles are driven by an electric motor 47 flanged to the grinding spindle head in a manner customary for grinding machines.
The actuator 38 for the height adjustment of the bridge 33, the actuator for the linear displacement of the slide 37 in the Y direction and the actuator 41 for the swiveling movement of the grinding spindle head 40 are controlled by the program control of the grinding machine 10 in order to translate the respective movement according to a control program in Y or Z direction as well as a rotary adjustment movement around the axis of rotation C.
In an alternative embodiment of the grinding machine according to the invention, which is not shown in the drawings, the grinding spindle head is additionally arranged on the slide of the portal so as to be pivotable about a horizontal pivot axis. In another alternative embodiment of the invention, the portal bridge is rigidly and non-displaceably attached to the two portal stands, and the translational displaceability of the grinding spindle head in the Y and Z directions is provided by a cross slide attached to the portal bridge.
Overall, in the grinding machine according to the invention, the grinding spindle head 40 in the area of the passage 36 formed by the portal 30 and the machine bed 20 can be displaced translationally with respect to the machine bed 20 in a horizontal Y direction and a vertical Z direction and pivoted about a vertical axis of rotation C.
In summary, it can be stated that the invention provides a program-controlled grinding machine which, in particular, also enables the precise grinding of long and thin workpieces by moving long workpieces for grinding through the portal passage 36 and the workpieces by means of a support bezel 72 or a guide bush 74 can always be optimally supported at the grinding location. Because the grinding spindle head 40 can be moved on both sides of a workpiece to be ground centrally in the portal passage and can also be pivoted about the vertical axis of rotation C, right-hand and left-hand spiral workpieces can also be ranked equally with the grinding machine 10 (i.e. H. without reclamping) and therefore be ground economically.