DD140114A5

DD140114A5 - Werkzeugmaschine

Info

Publication number: DD140114A5
Application number: DD78207855A
Authority: DD
Inventors: Gerhard Stark; Guenther Blum
Original assignee: Gerhard Stark
Priority date: 1977-09-16
Filing date: 1978-09-15
Publication date: 1980-02-13
Also published as: SE7809754L; FR2403142A1; JPS5453373A; BE870514A; GB2004210B; ATA668378A; JPS6357179B2; AT357842B; CH631097A5; IT7827580A0; NL7809179A; GB2004210A; YU217778A; DE2741802A1; ES473392A1; US4223579A; BR7806056A; FR2403142B3; IT1098572B

Description

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft eine Werkzeugmaschine mit einer von einem Elektromotor angetriebenen Antriebsspindel und einer Werkzeugwechselvorrichtung, die Werkzeugträger in eine zur Antriebsspindel fluchtende Stellung bringen kann, wobei die aufeinander zugerichteten Enden der Werkzeugträger und der Antriebs-

spindel Kupplungsteile tragen und zur Kupplung Verschiebeelemente vorgesehen sind. Bei einer bekannten als automatisch arbeitende Revolverbohrraaschine ausgebildeten Werkzeugmaschine dieser Art bestehen die Werkzeugträger aus Bohrspindeln, die eine Arbeitsspindel und ein eigenes Getriebe aufweisen. Die Antriebsspindel wird von einem Drehstrommotor angetrieben, sie wird unmittelbar mit der jeweiligen Bohrspindel gekuppelt. Die Drehzahl des Werkzeuges ist in jedem einzelnen Falle durch die Übersetzung des Getriebes in der Bohrspindel festgelegt. Für einen großen Drehzahlbereich bedarf es daher vieler Bohrspindeln mit Getrieben entsprechender Übersetzungen. Bei hohen Übersetzungen sind die Getriebe aufwendig, es ergeben sich Probleme mit der Baugröße und der Drehmomentabgabe. Zur Bestimmung des Vorschubs nach Länge und Geschwindigkeit sind für jede Bohrspindel eigene, auf das Werkzeug abgestimmte Signalelemente in Form von Nocken, Festanschlägen, Endschalter, Mengenregler u.dgl. vorgesehen; Bei einem Werkzeugwechsel muß in der Regel die ganze Bohrspindel gegen eine andere ausgetauscht werden, damit das V/erkzeug über das entsprechende Getriebe die richtige Drehzahl und über die jeweiligen Einstellmittel den richtigen Vorschub erhält. Durch die Kupplung von Antriebsspindel und Bohrspindel wird das Werkzeug mit der

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notwendigen Drehzahl angetrieben, der Vorschub wird über die Kupplung durch das Verschiebeelement bewirkt. Dadurch muß ein erheblicher axialer Vorschubdruck von der Kupplung aufgenommen werden. Die Bohrspindeln werden von einem mechanischen Positioniergetriebe transportiert, sie sitzen in einem Malteserkreuz, das von einem besonderen Motor angetrieben wird. Es ist nur ein schrittweises Weiterschalten möglich. Die Positionierung ist schwierig, die Ansteuerung ist aufwendig, das Leistungs-Drebzablverhalten beschränkt, die Febenzeiten sind groß, die Bauweise ist schwer und wegen der notwendigen Getriebe und Motoren von erheblichem Aufwand.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist es, eine Werkzeugmaschine so auszubilden, daß eine hohe Arbeitsproduktivität und ein geringer mechanischer Aufwand erreichbar sind.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Werkzeugmaschine mit einer von einem Elektromotor angetriebenen Antriebsspindel und einer Werkzeugwechselvorrichtung, die Werkzeugträger in eine zur Antriebsspindel fluchtenden Stellung bringen kann, wobei die aufeinander zugerichteten Enden der Werkzeugträger und der Antriebsspindel Kupplungsteile tragen und zur Kupplung Verschiebeelemente vorgesehen sind, zu schaffen, die geeignet ist, eine leichte Positionierung, geringe Baugröße, die Vermeidung großer axialer auf die Kupplung wirkender Vorschubdrücke, ein nicht nur schrittweises Weiterschalten, d.h. zusammen-

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fassend einen einfachen Aufbau sowie geringe Nebenzeiten zu ermöglichen.

Zur Lösung dieser Aufgabe sieht die Erfindung vor, daß der Elektromotor als lage- und geschwindigkeitsgeregelter Gleichstrommotor ausgebildet ist und dieser Motor in Zuordnung zum jeweiligen Werkzeugträger und der Vorschub der Werkzeugträger nach Weg und Geschwindigkeit einer programmierbaren Steuerung unterworfen sind. In besonders vorteilhafter Weise ist der Gleichstrommotor als Servomotor mit Permanent-

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magnetfeld ausgebildet. Solche Motoren haben bei kleinen Abmessungen und geringem Gewicht ein sehr hohes Drehmoment bei niedrigen Drehzahlen, durch ein hohes Verhältnis von Drehmoment zu Trägheitsmoment ergibt sich eine hohe Beschleunigung und hohe Reaktionsfähigkeit. Der Servomotor als Vielpolmotor ist in der Regel über Thyristorverstärker angesteuert. Der eingesetzte Gleichstrommotor ist nach der Erfindung in bezug auf seine Baugröße, Leistung, Drehmomentabgabe und den regelbaren Drehzahlbereich in bewußter Beschränkung auf den Einsatzzweck klein ausgelegt, wie er bislang z.B. ausschließlich für Vorschubantriebe, nicht aber für den Hauptantrieb bei solchen Werkzeugmaschinen verwendet wurde. Der gewählte Motor ermöglicht die stufenlose Drehzahlregelung, er ist preiswert und hat zerspanungsgerechte Leistungskurven. Insbesondere hat er eine hohe thermische Zeitkonstante, so daß eine hohe Überlastbarkeit ohne gefährliche Erhitzung gegeben ist. Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung ist daher der Gleichstrommotor bei 100% ED auf etwa die halbe maximale Leistung ausgelegt. Das maximale Impuls-Spitzendrehmoment kann das Zehnfache des Nenndrehmomentes erreichen.

Ist die Werkzeugmaschine als Revolverbohrmaschine ausgeführt, so ist nach der Erfindung vorgesehen, daß

die Bohrspindeln gruppenweise Getriebe mit unterschiedlicher Übersetzung aufweisen, wobei es sich als besonders vorteilhaft herausgestellt hat, wenn die Bohrspindeln zwei Gruppen bilden und die Übersetzung bei der einen Gruppe i = 1:1 und bei der zweiten Gruppe i = 4:1 betragen. Durch die Kombination mit den Getrieben der Bohrspindeln kann ein teures mehrstufiges Schaltgetriebe entfallen, das Drehmoment wird unmittelbar vom Motor über Riemen auf die Antriebsspindel und über die Kupplung auf die Bohrspindel unddas Werkzeug übertragen. Ein Getriebeschaden ist nicht zu erwarten, tritt er doch ein, so ist er mit dem Austausch der Bohrspindel sofort zu beheben. Beim Werkzeugwechsel muß in der Regel nicht mehr die ganze Bohrspindel, sondern lediglich das Werkzeug ausgetauscht werden, so daß man mit wenigen Bohrspindeln auskommt. Insbesondere erübrigen sich auch Neueinstellungen von Festanschlägen, Nocken, Reglern u.dgl. für die Festlegung des Vorschubes nach Geschwindigkeit und Weg, so daß sich die Totzeiten der Maschine erheblich senken lassen.

Der Gleichstrommotor hat zwar bei niedi-igen Drehzahlen ein geringes Drehmoment. Nach der Erfindung wird er aber nur in einem Bereich gefahren, in dem die Drehmomentabgabe ausreicht, die notwendige

niedrige Drehzahl des Werkzeuges wird in den unteren Bereichen durch die entsprechende Übersetzung des Getriebes der Bohrspindel herbeigeführt. Bei den angegebenen Übersetzungen der Getriebe der Bohrspindeln und einem Drehzahlbereich von z.B. 1:8 des regelbaren Gleichstrommotors lassen sich alle Drehzahlen am Werkzeug einstellen, die in der Praxis erforderlich sind. In Ausnahmefällen kann aber der Drehzahlbereich in einfacher Weise vergrößert werden, indem Bohrspindeln eingesetzt werden, deren Getriebe schwächere oder stärkere Übersetzungen aufweisen! Damit können vielerlei Werkzeuge mit unterschiedlichem Drehzahlbedarf in den gleichen Bohrspindeln eingesetzt werden, so daß beim Werkzeugwechsel die Bohrspindel in der Regel im Magazintransportrad verbleibt.

In ganz besonders vorteilhafter Weise treibt nach der Erfindung der Gleichstrommotor neben der Antriebsspindel auch die Werkzeugwechselvorrichtung an, es ist dazu eine Umschaltkupplung vorgesehen. Der Gleichstrommotor übernimmt die Ausrichtung der Antriebsspindel und die Positionierung der Werkzeugwechselvorrichtung.

Durch den Wegfall eines separaten Magazinantriebes ergibt sich eine erhebliche bauliche Vereinfachung,

die Werkzeugträger lassen sich schneller ausrichten _t so daß die unproduktiven Nebenzeiten reduziert werden. Das Umkuppeln erfolgt automatisch - bei der Ausbildung als Bearbeitungszentrum innerhalb dor letzten 25 mm des Spindelhubes.

Bei der erfindungsgemäßen Ausbildung weist die Werkzeugwechselvorrichtung als Werkzeugspeicher ein Magazintransportrad auf, das in der Nähe des Umfanges mit Durchgangsöffnungen für den Durchgang des Werkzeugträgers bzw. der Antriebsspindel bei deren axialen Verschiebung versehen ist, wobei das Magazintransportrad über ein Getriebe mit dem Gleichstrommotor verbunden ist«. Eine Schaltvorrichtung ermöglicht das Weiterschalten des Magazintransportrades nur dann, wenn sich die Antriebsspindel in der Ausgangsposition befindet.

Ist die Werkzeugmaschine als Bearbeitungszentrum ausgebildet, so kann nach der Erfindung die Umschaltkupplung aus einer Keilwelle und einem Kupplüngsrad mit entsprechenden Nuten bestehen, in dem die Keil-» welle axial verschiebbar geführt ist. Vorzugsweise ist das Kupplungsrad als Zahnrad ausgebildet, das mit einem drehschlüssig mit der Antriebsspindel verbundenen Zahnrad kämmt. Die Keilwelle ist drehschlüssigf aber axial verschiebbar in einem axial

fixierten Antriebsrad geführt, das mit dem Gleichstrommotor über ein Antriebsmittel verbunden ist. Auf diese Weise ergibt sich ein überaus kompakter und einfacher Aufbau. Das Kupplungsrad und das Zahnrad können in einem Gehäuseblock untergebracht werden, der über einen Vorschubantrieb axial verschiebbar ist. Der Vorschubantrieb besteht aus einer im Gehäuseblock fixierten Spindelmutter und einer Vorschubspindel eines besonderen Gleichstrom-Servomotors. Das Kupplungsrad und das Zahnrad sind im Gehäuseblock axial fixiert, die durch das Zahnrad und den Gehäuseblock dringende, im Gehäuseblock axial fixierte Antriebsspindel ist zu einem FestanschJ.ag hin fahrbar. In weiterer Vereinfachung der Konstruktion trägt die Keilwelle ein Zahnrad, das in Abhängigkeit von der Stellung der Keilwelle in ein mit dem Magazintransportrad verbundenes Zahnrad eingreifen kann. Das Magazintransportrad trägt auf seiner einen Stirnseite Indexierbohrungen, in die die Keilwelle mit ihrem einen Ende beim Vorschub der Antriebsspindel einfährt. Zur Spindelorientierung befindet sich über dem Treibrad ein Lagemeßgeber, über der Achse des Magazintransportrades ist ein Lagemessgeber für dessen Position angeordnet.

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Ist die Werkzeugmaschine als Revolverbohrmaschine ausgebildet, so kann nach der Erfindung die Umschaltkupplung einen mit der Antriebsspindel verbundenen Kupplungskörper aufweisen, der zwei Kupplungsteile trägt, wobei der eine Kupplungsteil im einen Fall mit dem Kupplungsteil des Werkzeugträgers und der andere Kupplungsteil im anderen Fall mit einem Kupplungsrad durch Verschiebung der Antriebsspindel verbindbar sind. Die Antrieb3spindel ist in diesem Falle als Keilwelle ausgebildet, die durch ein mit dem Gleichstrommotor verbundenes Treibrad und das Kupplungsrad, die entsprechende Nuten tragen, hindurchgeführt ist» Das Kupplungsrad ist vorzugsweise als Zahnrad ausgebildet, das mit einem mit dem Magazintransportrad verbundenen Zahnrad kämmt. Für den raschen Schaltvorgang ist die Antriebsspindel mit dem Kupplungskörper über ein Kraftelement axial verschiebbar, dieses Kraftelement befindet sich in einem Gehäuseblock, der wieder über einen Vorschubantrieb (Servo-Gleichstrommotor) axial verschiebbar ist. Das Magazintransportrad ist in diesem Falle durch einen Indexierbolzen fixierbar, der zweckmäßigerweise ebenfalls über ein Kraftelement bewegbar ist, wobei beide Kraftelemente als Hydraulikelemente ausgebildet und gemeinsam steuerbar sind.

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Die programmierbare Steuerung ist als NC-Steuerung ausgebildet. Vorzugsweise wird eine Drei-» oder Me br-Achsen-NO-Steuerung eingesetzt, so daß die Numerik neben der Steuerung der Gleichstrommotoren für den Antrieb der Antriebsspindel, der Werkzeugwechselvorrichtung und des Vorschubes auch für die Steuerung der Bewegung des das Werkstück tragenden Tisches (X-Achse) und (Y-Achse) verwendet wird und damit alle maßgeblichen Tisch- und Vorschubbewegungen sowie die Drehzahleinstellung am Werkzeug und der Werkzeugwechsel über einen Datenträger, insbesondere ein Lochband, steuerbar sind. Lange Umrüstzeiten in der Werkstatt werden dadurch durch eine kurze Programmierung im Technischen Büro ersetzt.

Schließlich ist vorgesehen, daß in der Antriebsspindel ein Halteglied aufgenommen ist, auf dessen herausragendes Ende der mit einer im Querschnitt T-förmigen !Tut versehene Werkzeugträger von der Seite her aufschiebbar und in Drehrichtung formschlüssig mitnehmbar ist und das über einen Kraftspeicher (Tellerfederpaket) der Werkzeugträger gegen die Antriebsspindel gezogen ist, die auf ihren einander zugerichteten Stirnseiten zur Zentrierung einen konzentrischen Kurzkegel bzw. einen Zentrierkonus tragen.

Ausfuhr ting sbe ispiel ·

Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden,. In der zugehörigen Zeichnung zeigen;

Fig. 1: die Vorderansicht einer als Revolverbohrmaschine ausgebildeten Werkzeugmaschine,

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Fig. 2: die Seitenansicht der Werkzeugmaschine nach ig. V . ;

Pig. 3^: einen Schnitt durch einen Teil des Kopfes der Maschine im

Bereich der in Arbeitsstellung befindlichen Bohrspindel in . einer ersten Ausführungsforra,

Fig. 4 einen Schnitt ähnlich wie in

Fig. 3 im Bereich des Vorschubantriebes, ebenfalls in einer ersten Ausführungsform,

Fig. 5 einen Teilschnitt im Bereich des Magazintransportrades in einer ersten Ausführungsform,

Fig. 6 einen Schnitt durch einen Teil des Kopfes einer als Bearbeitungszentrum ausgebildeten Werkzeugmaschine in der Stellung beim Werkzeugträgerwechsel,

Fig. 7 einen zu Fig. 6 entsprechenden

Schnitt beim Bearbeitungsvorgang,

Fig. 8 einen Schnitt durch einen Teil des Kopfes bei einer ebenfalls als Revolverbohrmaschine ausgebildeten Werkzeugmaschine beim Bearbeitungsvorgang in einer zweiten Ausführungsform.

Die in den Fig. 1 und 2 dargestellte Werkzeugmaschine in Form einer Revolverbohrmaschine weist in üblicher V/eise ein Gestell 1 auf, auf dem ein Tisch 2 in der X- und Y-Richtung verfahrbar ist, auf ihm wird das nicht nähex* dargestellte Werkstück aufgespannt.

Vom Gestell 1 erstreckt sich ein Ständer 3 nach oben, an dem ein Kopf 4 höhenverstellbar verschieb- und feststellbar ist. Der Kopf 4 trägt ein Magazintransportrad 5 (Schalttrommel), in der sich als Werkzeugträger z.B. zwölf Bohrspindeln 6 befinden. Zur Festlegung der Position des Tisches 2 in der X- und Y-Achse ist eine Numerik eingesetzt, die auch die Vorschubgeschwindigkeit in beiden Achsen steuert. Ein Motor 7 als Gleichstrommotor sorgt für die Einstellung in Y-Richtung, ein Motor 8, ebenfalls ein regelbarer Gleichstrommotor, bewegt den Tisch 2 in X-Richtung.' Beide Motoren 7,8 sind NC-gesteuert unter Verwendung z.B. eines Tachogenerators und eines' Drehmelders.

Bei der Ausführungsform nach den Fig. 3 bis 5 erstrecken sich im Kopf 4 vertikal und parallel zueinander eine als Kugelrollspindel ausgebildete Vorschubspindel 9, eine Führungsstange 10, eine Antriebsspindel 11, die im Magazintransportrad 5 sitzenden Bohrspindeln 6 und ein Lagerstück 13, das als Rohr ausgebildet und in einem Gehäuseträger 14 gelagert ist und stirnseitig mit dem Magazintransportrad 5 verschraubt ist. Die Vorschubspindel 9 ist mit der Welle 15 eines Servo-Gleichstrommotors 16 verbunden. Auf der Vorschubspindel 9 sitzt eine in einem als Gehäuseblock 12 ausgebildeten Verschiebe-

element 17 angeordnete Mutter 18. Ein Ausleger 19 des Verschiebeelementes 17 greift an der Bohrspindel 6 an, die von der Seite her aufgeschoben wird. Zur Festlegung der Position der Bohrspindel 6 in der Z-Achse ist ebenfalls die Numerik eingesetzt, die auch die Vorschubgeschwindigkeit steuert.

Die Antriebsspindel 11 ist axial verschiebbar gelagert und drehschlüssig mit einem Treibrad 20 verbunden, das über ein Antriebsmittel 21 wie Zahnriemen od.dgl. an eine Antriebsscheibe angeschlossen ist, die von einem Hauptantriebsmotor 22 angetrieben wird, der aus einem regelbaren Gleichstrommotor besteht und NC-gesteuert ist. Jede Bohrspindel 6 hat ein eigenes Getriebe 23, die Übersetzungen sind aber gruppenweise gleich» Sind in dem Magazintransportrad 5 z.B. zwölf Bohrspindeln 6 untergebracht, so haben vorzugsweise fünf ein Getriebe mit einer Übersetzung i = 4:1 und sieben ein Getriebe mit einer Übersetzung i = 1:1. Die erste Gruppe wird verwendet für Werkzeuge, die bei der Bearbeitung eines Werkstückes mit einer niedrigen Drehzahl umlaufen sollen und dabei ein hohes Drehmoment verlangen, die Gruppe mit direkter Übersetzung wird für Werkzeug mit höheren Drehzahlen eingesetzt. Auf diese Weise kann das notwendige Drehmoment am Werkzeug immer zur Verfügung gestellt werden, obwohl der Motor 22 als Gleich-

strommotor bei niedrigen Drehzahlen nur ein kleineres Drehmoment abgibt: trotz der niedrigen Drehzahl am Werkzeug läuft er in einem Drehzahlbereich, in dem eine entsprechend hohe Drehmomentabgabe gesichert ist.

Auf den einander zugewandten Stirnseiten trägt die Antriebsspindel 11 ein Kupplungsteil 24 in Form einer Kupplungsglocke 25 und die Bohrspindel 6 haben am Ende eines Wellenstummels 26 als Kupplungsteil einen Kegelteil 28. Ein in dem Verschiebeelement 17 angeordnetes Kraftelement 29, z.B. ein Hydraulikzylinder, bewirkt bei der Kupplung bzw. Entkupplung der Antriebsspindel 11 mit dem Wellenstummel 26 die Axialverschiebung der Antriebsspindel 11, so daß z.B. beim Kuppeln die Kupplungsglocke 25 auf dem Kegelteil 28 aufsitzt und der Wellenstummel 26 über Reibungsschluß mitgenommen wird. In diesem gekuppelten Zustand bewegt sich die Antriebsspindel 11 bei der Vorschubbewegung der Bohrspindel 6 mit. Zur schrittweisen Drehung des Magazintransportrades 5 ist in diesem Falle in dieses ein Malteserkreuz eingearbeitet, das über einen Treiber 30, einen Motor 31 und eine Kette 32 od.dgl. angetrieben wird. Fluchtet eine der im Maga« zintransportrad 5 axial verschiebbaren, aber unverdrehbaren Bohrspindeln 6 mit der Antriebsspindel 11, so wird diese Position des Magazintransportrades 5

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durch eine hier nicht näher dargestellte Indexierung gesichert.

Die Bearbeitung eines Werkstückes ist programmgesteuert. Von einem Datenträger, z.B. einem Lochband, gehen die notwendigen Informationen aus: der Tisch 2 wird über die Motoren 7,8 geschwindigkeits- und weggesteuert in die richtige Position gefahren, der Kopf 4 befindet sich in seiner positionierten Höhe, die entsprechende Bohrspindel 6 wird über den Motor 31 und das Magazintransportrad 5 in Arbeitsposition, in der ihre Achse 33 mit der A*ntriebsspindel 11 fluchtet, gebracht, v/obei der Hauptantriebsmotor 22 mit der vorprogrammierten Drehzahl umläuft, um dem nicht näher dargestellten, von der Bohrspindel 6 aufgenommenen Werkzeug die richtige Drehzahl zu erteilen. Nach der Kupplung der Antriebsspindel 11 mit dem Wellenstummel 26 durch das Kraftelement 29 bewegt der Servomotor 16 geschwindigkeits- und weggesteuert über die Mutter 18 und die Spindel 9 die Bohrspindel 6, so daß das Werkzeug den gewünschten Vorschub ausführt.

Bei einem Werkzeugwechsel verbleibt in der Regel die Bohrspindel 6 in dem Magazintransportrad 5, außer dem Austausch des Werkzeuges muß lediglich im Technischen Büro ein entsprechender Datenträger erstellt werden, der den Vorschubweg, die Vorschubgeschwindigkeit und die Drehzahl neu bestimmt.

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Auch bei der Ausbildung der Werkzeugmaschine als Bearbeitungszentrum nach den Fig. 6 und 7 ist am Gestell 1 ein Kopf 4 in Richtung gemäß dem angegebenen Doppelpfeil 34 verschieb« und feststellbar. Im Kopf 4 sind wieder der Häuptantriebsmotor 22, die Antriebsspindel 11, eine Keilwelle 35, ein Vorschubantrieb 36 und eine Werkzeugweehselvorrich~ tung 37 mit dem Magazintransportrad 5 als wesentlicher Bestandteil aufgenommen.

Der Hauptantriebsmotor 22 ist als Servo-Gleichstrommotor 38 ausgebildet mit einer Maximalleistung von z.B. 7,5 - 11 KW. Solche Vielpol-Motoren mit Permanentmagnetfeld haben über einen außerordentlich großen Drehzahlbereich ein nahezu konstantes Drehmoment, die thermische Zeitkonstante beträgt mehr als 100 Minuten, der schwer eisenbehaftete Anker kann die Wärme aufnehmen, die entsteht, wenn über längere Zeit wesentlich höhere Spitzendrehmomente als das Nenndrehmoment abgegeben werden. Der Motor braucht deshalb nur für etwa die halbe Maximalleistung als Nennleistung ausgelegt zu sein. Er ist bislang lediglich als Motor für Vorschubantriebe angewendet worden. Die maximal erreichbare Drehzahl liegt etwa bei 3000 U/min. Wegen des großen Drehzahlbereiches kommt man für die Antriebsspindel 11 mit einem zweistufigen Getriebe aus. Der Servo-Gleichstrommotor

treibt über das als Zahnriemen ausgebildete Antriebsmittel 21 das Treibrad 20, das axial uxiversehiebbar im Kopf 4 gelagert ist. Im Treibrad 20 ist axial verschiebbar die Keilwelle 35 angeordnet _f die durch den Gehäuseblock 12 und ein dort axial unverschiebbar gelagertes Kupplungsrad 39 dringt, in einer Büchse 40 im Kopf 4 weitergeführt ist und ein Zahnrad 41 als Magazinantriebsritzel trägt» Sowohl das Treibrad 20 als auch das Kupplungsrad 39, das als Zahnrad 42 ausgebildet ist, sind mit Nuten für die Keilwelle 35 versehen, wobei aber die Nuten bzw« das Keilwellenprofil in bestimmten Bereichen fehlen» Auf diese Weise bilden die Keilwelle 35 und das Kupplungsrad 39 eine Umschaltkupplung 43,

Im Gehäuseblock 12 ist weiter die Antriebsspindel 11 drehbar gelagert, auf der drehschlüssig und axial unverschiebbar ein Zahnrad 44 sitzt, das mit dem Zahnrad 42 kämmt. Die Antriebsspindel 11 ragt mit ihrem freien Ende 45 aus dem Gehäuseblock 12 hervor und kann mit diesem zu einem Festanschlag 46 am Kopf 4 hin fahren« Der Gehäuseblock 12 mit den Zahnrädern 42 und 44 und der Antriebsspindel 11 sind über den Vorschubantrieb 36 axial verfahrbar» Dieser besteht wieder aus dem Servo-Gleichstrommotor 16, der mit der Vorschubspindel 9 die Vorschubspindelmutter· 18 beaufschlagt, die mit dem Gehäuseblock 12 verbunden ist. Die Antriebsspindel 11 ist einmal

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im Gehäuseblock 12 und einmal in einer Lagerbuchse 47 im Kopf 4 drehbar gelagert, sie ist zusammen mit dem Gehäuseblock 12 axial verschiebbar. Sie trägt an ihrer freien Stirnseite einen Kupplungsteil 24, der aus einem Zentrierkonus 48 und einem Halteglied 49 besteht. Das Halteglied 49 ist an seinem Ende T-förmig ausgebildet, es wird durch ein Verschiebeelement 50 in Form eines Tellerfederpaketes 51 nach innen gezogen. Mit der Antriebsspindel 11 kuppelbar ist ein Werkzeugträger 52, der auf seiner einen Stirnseite als Kupplungsteil 27 einen Kurzkegel 53 und eine Nut 54 aufweist. Der Kurzkegel 53 sitzt passend in den Zentrierkonus 48 ein, in der Nut 54 wird das T-förmige Ende des Haltegliedes 49 aufgenommen, das auch der Drehmomentübertragung dient. Dazu ist das axial in der Antriebsspindel 11 bewegbare Halteglied 49 über einen Keil 55 drehschlüssig mit der Antriebsspindel 11 verbunden.

Die Werkzeugträger 52 sind aufgenommen im Magazintransportrad 5 als wesentlicher Bestandteil der Werkzeugwechselvorrichtung 37, das in der Nähe seines äußeren Umfanges 56 Durchgangsöffnungen 57 trägt, durch die die Werkzeugträger 52 und die An_r triebsspindel 11 in der Bearbeitungsposition hindurchgeführt werden können. Das Magazintransportrad 5 ist mit seiner Achse 58 im Kopf 4 axial unver-

schiebbar gelagert« Die Achse 58 trägt ein Zahnrad 59, das mit dem Zahnrad 41 der Keilwelle 35 in Eingriff bringbar ist. Oberhalb der Achse 58 befindet sich ein Lagemeßgeber 60 für die Magazinposition. Auf der einen Stirnseite des Magazintransportrades 5 sind Indexierbohrungen 61 eingelassen, in die bei fluchtender Stellung das abgesetzte Ende 62 der Keilwelle 35 einfahren kann.

Die Keilivrelle 35 ist mit einem Bund 63 versehen, der sich an einer Anlaufscheibe 64 abstützen kann. Zwischen" ihrem stirnseitigen Ende und dem Treibrad 20 befindet sich eine Schaltfeder 65, über dem Treibrad 20 sitzt ein Lagemeßgeber 66 für die Orientierung der Antriebsspindel 11.

In Fig. 6 ist das Bearbeitungszentrum in einer Stellung gezeigt, in der sich ein Werkzeugwechsel vollziehen kann* Die Antriebsspindel 11 befindet sich in ihrer Ausgangsposition, das heißt das Ende des Haltegliedes 49 liegt am Festanschlag 46 an, der Spindelkörper ist ganz in den Kopf 4 eingefahren, so daß sich das Magazintransportrad 5 drehen kann. Lediglich das T-förmige Ende des Haltegliedes 49 ragt so weit hervor, daß der Werkzeugträger 52 mit seinem Kurzkegel 53 aus dem Zentrierkonua 48 herausbewegt ist. Die Antriebsspindel 11 befindet sich in

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der "home position", also in einer Drehwinkellage, in der die Nut 54 und das Halteglied 49 so ausgerichtet sind, daß der Werkzeugträger 52 bei der Drehbewegung des Magazintransportrades 5 vom Halteglied 49 heruntergeführt werden kann. Um die Ausgangsposition zu erreichen, ist der Gehäuseblock 12 über den Vorschubantrieb 36 ganz nach oben geführt, dabei wird auch die Keilwelle 35 über den Bund 63 mitgenommen, wobei durch eine Aussparung 67 im Kupplungsrad 39 die Drehverbindung unterbrochen wird, so daß in der Ausgangsposition die Antriebsspindel 11 nicht angetrieben wird'. Dagegen ist das Zahnrad 41 mit dem Zahnrad 59 in Eingriff und das Ende 62 der Keilwelle 35 aus der Indexierbohrung 61 herausgehoben. Bei laufendem Hauptantriebsmotor 22 wird damit das Magazintransportrad 5 über das Antriebsmittel 21, das Treibrad 20, die Keilwelle 35 und das Getriebe 68 gedreht, so daß ein neuer Werkzeugträger 52 fluchtend unter die Antriebsspindel 11 gebracht werden kann. Man ist dabei nicht auf eine Schrittschaltung angewiesen, sondern kann durch die Steuerung jeden beliebigen Werkzeugträger 52 unter die Antriebsspindel 11 bringen. Sobald der gewählte Werkzeugträger 52 unter der Antriebsspindel 11 angelangt ist, geht der Gehäuseblock 12 nach unten, das Halteglied 49 kommt vom Festanschlag 46 frei und

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das Verschiebeelement 50 zieht den Werkzeugträger 52 gegen die Antriebsspindel 11, so daß die Kupplung vollzogen wird. Die Schaltfeder 65 läßt die Keilwelle 35 zunächst dem niedergehenden Gehäuseblock 12 folgen, so daß das Zahnrad 41 außer Eingriff mit dem Zahnrad 59 kommt und das Magazintransportrad durch das Einfahren des Endes 62 der Keilwelle 35 in die Indexierbohrung 61 fixiert wird. Bei der weiteren Vorschubbewegung wird durch die einfahrende Keilwelle 35 das Kupplungsrad 39 mitgenommen und damit die Antriebsspindel 11 und der Werkzeugträger 52 in Drehbewegung versetzt. Diese Stellung während des Vorschubes ist in Fig« 7 wiedergegeben: die Antriebsspindel 11 ist angekuppelt, das Magazintransportrad 5 abgekuppelt.

Bei der Darstellung nach Fig„ 8 ist die Werkzeugmaschine wieder als Revolverbohrmaschine ausgebildet, diesmal mit kombiniertem Spindel-Magazinantrieb. Die entsprechenden Teile sind mit den gleichen Bezugszeichen versehen wie bei der Ausführungsform nach den Fig. 1 bis 5 bzw. wie beim Bearbeitungszentrum nach den Fig. 6 und 7.

Die Antriebsspindel 11 ist hier wieder unmittelbar als Keilwelle ausgeführt, auf der das Treibrad 20 und das Kupplungsrad 39 sitzen, das in diesem Falle

Bestandteil des Getriebes 68 zum Antrieb des als Revolver ausgebildeten Magazintransportrades 5 ist. An ihrem Ende befindet sich ein besonderer Kupplungskörper 69, der einerseits mit dem kupplungsteil 24 und andererseits mit einem Kupplungsteil zur Kupplung mit dem Kupplungsrad 39 versehen ist. Die Werkzeugträger 52 bestehen wieder aus Bohrspindeln 6 mit eigenem Getriebe 23. Die Bohrspindel 6 wird über den Vorschubantrieb 36 axial bewegt, sie ist dazu im Magazintransportrad 5 in einer Büchse 71 geführt. Der Kupplungskörper.69 ist zusammen mit der Antriebsspindel 11 axial verschiebbar über das Kraftelement 29, das im Gehäuseblock 12 untergebracht ist, der wieder die Vorschubspindelmutter 18 aufnimmt. Zur Indexierung des Magazintransportrade 5 dringt ein Bolzen 72 als Bestandteil eines weiteren Kraftelementes 73 in die Indexierbohrung 61 ein, die sich hier am Umfang 56 des Revolvers befindet. Die Kraftelemente 29,73 sind als Hydraulikzylinder ausgebildet und, wie angedeutet, gemeinsam über ein Schaltventil 74 ansteuerbar.

In der Darstellung nach Fig. 8 ist die Bearbeitungsposition wiedergegeben. Der Vorschubantrieb 36 bewegt den Gehäuseblock 12 und damit Über das Verschiebeelement 50 die Antriebsspindel 11 und über den Gehäuseblock 12 die Bohrspindel 6 nach unten,

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um die Bearbeitung des nicht näher dargestellten Werkstückes vorzunehmen. Danach wird die Bohrspindel 6 und die Antriebsspindel 11 über den Vorschubantrieb 36 zurückbewegt. In einer definierten Endstellung wird die Antriebsspindel 11 mit dem Kupplungskörper 69 über das Kraftelement 29 noch weiter nach oben bewegt, so daß die Kupplung zwischen der Antriebsspindel 11 und der Bohrspindel 6 gelöst wird und schließlich der Kupplungsteil 70 in das Kupplungsrad 39 einfährt, so daß jetzt das Magazintransportrad 5 über das Getriebe 68 gedreht wird. Mit dem Kraftelement 29 ist auch das Kraftelement 73 in Tätigkeit getreten, so daß der Bolzen 72 zurückgezogen wurde und die Indexierung gelöst ist. Damit wird eine neue Bohrspindel 6 in fluchtende Position mit der Antriebsspindel 11 gebracht, in der dann über das Hydraulikelement 29 der Kupplungskörper 69 nach unten gefahren wird: die Kupplung zwischen Antriebsspindel 11 und der Bohrspindel 6 wird hergestellt, die Werkzeugwechselvorrichtung 37 ist abgekuppelt,, Das Kraftelement 73 hat den Bolzen 72 wieder in die Indexierbohrung 61 eingeschoben.

Claims

Θ7 8 55 ~26~ AP B23B/207 Erfindungsanspruch

1. Werkzeugmaschine mit einer von einem Elektromotor angetriebenen Antriebsspindel und einer Werkzeugwechselvorrichtung, die Werkzeugträger in eine zur Antriebsspindel fluchtende Stellung bringen kann, wobei die aufeinander zugerichteten Enden der Werkzeugträger und der Antriebsspindel Kupplungsteile tragen und zur Kupplung Verschiebeelemente vorgesehen sind, gekennzeichnet dadurch, daß der Elektromotor als lage- und geschwindigkeitsgeregelter Gleichstrommotor ausgebildet ist und dieser Gleichstrommotor in Zuordnung zum jeweiligen Werkzeugträger (52) und der Vorschub der Werkzeugträger (52) nach Weg und Geschwindigkeit einer programmierbaren Steuerung unterworfen sind. ·

2. Werkzeugmaschine nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß der Gleichstrommotor als Servo-Gleichstrommotor (38) mit Permanentmagnetfeld ausgebildet ist.

3. Werkzeugmaschine nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß der Servo-Gleichstrommotor (38) bei 100 % ED (Einschaltdauer) auf etwa die halbe maximale Leistung ausgelegt ist.

4. Werkzeugmaschine nach Punkt 1 in Form einer Revolverbohrmaschine > bei der die Werkzeugträger als mit einem eigenen Getriebe verbundene, in einem Magazin-.transportrad geführte Bohrspindeln ausgebildet sind, gekennzeichnet dadurch, daß die Bohrspindeln (6) gruppenweise Getriebe (23) mit unterschiedlicher Übersetzung aufweisen.

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Antriebsspindel (11) verbundenen Zahnrad (44) kämmt.

5. Werkzeugmaschine nach Punkt 4, gekennzeichnet dadurch, daß die Bohrspindeln (6) zwei Gruppen mit. zweierlei Übersetzungen bilden,

6.'Werkzeugmaschine nach Punkt 5> gekennzeichnet dadurch, daß die Übersetzungen i. = 1:1 und i = 4i1 betragen.

7. Werkzeugmaschine nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß der Servo-Gleichstrommotor (38) neben der Antriebsspindel (11) auch die Werkzeugwechservorrich~ tung (37) antreibend angeordnet ist und dazu eine Umschaltkupplung (43) vorgesehen ist.

8. Werkzeugmaschine nach Punkt 7» gekennzeichnet dadurch, daß der Servo-Gleichstrommotor (38) die Antriebsspindel (11) ausrichtend und die Werkzeugwechselvorrichtung (37) positionierend angeordnet ist*

9. Werkzeugmaschine nach Punkt 7» gekennzeichnet dadurch, daß die Werkzeugwechselvorrichtung (37) als Werkzeugspeicber im wesentlichen ein Magazintransportrad (5) aufweist, das in der Mähe des Umfanges (56) mit Durchgangsöffnungen (57) für den Durchgang des Werkzeugträgers (52) bzw. der Antriebsspindel (11) bei deren axialen Verschiebung versehen ist, wobei das Magazintransportrad (5) über ein Getriebe (68) mit dem Servo-Gleichstrommotor (38) verbunden ist.

10« Werkzeugmaschine nach Punkt 9, gekennzeichnet dadurch, daß eine Schaltvorrichtung, die ein Weiterschalten des Magazintransportrades (5)» wenn sich die Antriebsspindel (11) in der Ausgangsposition befindet, ermöglicht, vorgesehen ist.

11. Werkzeugmaschine nach Punkt 7i gekennzeichnet dadurch, daß die Umschaltkupplung (4-3) ^aus einer Keilwelle (35) und einem Kupplungsrad (39) mit entsprechenden Nuten besteht, in dem die Keilwelle (35).axial verschiebbar geführt ist.

12. Werkzeugmaschine nach Punkt 11, gekennzeichnet dadurch, • daß das Kupplungsrad (39) als Zahnrad (42) ausgebildet ist, das· mit einem drehschlüssig mit der

13. Werkzeugmaschine nach Punkt 11, gekennzeichnet dadurch, daß die Keilwelle (35) drehschlüssig, aber axial verschiebbar in einem axial fixierten Treibrad (20) geführt ist, das mit dem Servo-Gleichstrommotor (38) über ein Antriebsmittel (21) verbunden ist.

14. Werkzeugmaschine nach Punkt 12, gekennzeichnet dadurchj daß das Kupplungsrad (39) und das Zahnrad (44) in einem Gehäuseblcck (12) untergebracht sind, der über einen Vorschubantrieb (36) axial verschiebbar ist.

15. Werkzeugmaschine nach Punkt 14, gekennzeichnet dadurch, daß das Kupplungsrad (39) und das Zahnrad (44) im Gehääseblock (12) axial fixiert sind und die durch das Zahnrad (44) und den Gebäuseblock (12) dringende, im Gehäuseblock (12) axial fixierte Antriebsspindel (11) zu einem Pestanschlag (46) hin fahrbar ist.

16. Werkzeugmaschine nach den Punkten 9 bis 11, gekennzeichnet dadurch, daß die Keilwelle (35) ein Zahnrad (41) trägt, das in Abhängigkeit von der Stellung der Keilwelle (35) in ein mit dem Magazintransport-

17« Werkzeugmaschine nach den Punkten 9 bis 11, gekennzeichnet dadurch, daß das Magazintransportrad (5) auf seiner einen Stirnseite Indexierbohrungen (61) trägt, in die die Keilwelle (35) mit ihrem einen Ende (62) einfahrbar ist.

18. Werkzeugmaschine nach Punkt 9» gekennzeichnet dadurch, daß über der Achse (58) des Magazintransportrades (5) ein Lagemeßgeber (60) für dessen Position angeordnet ist.

19. Werkzeugmaschine nacto Punkt 13» gekennzeichnet dadurch, . daß über dem Treibrad (20) ein Lagemeßgeber (66) für die Spindelorientierung angeordnet ist«.

20. Y/erkzeugmaschine nach Punkt 7» gekennzeichnet dadurch, daß die Umschaltkupplung (43) einen mit der Antriebsspindel (11) verbundenen Kupplungskörper (69) aufweist, der zwei Kupplungsteile (24;70) trägt, wobei der eine Kupplungsteil (24) im einen Fall mit dem Kupplungsteil (27) d.Q£ Bohrspindel (6) und der andere Kupplungsteil (70) im anderen Pail mit einem Kupplungsrad (39) durch Verschiebung der Antriebsspindel (11) verbindbar

21. Werkzeugmaschine nach Punkt 20, gekennzeichnet dadurch, daß die Antriebsspindel (11) mit dem Kupplungskörper (69) über ein Kraftelement (29) axial verschiebbar ist_e

22, Werkzeugmaschine nach Punkt 21, gekennzeichnet dadurch, daß das Kraftelement (29) in einem Gehäuseblock (12) untergebracht ist, der über einen Vorschubantrieb (36) axial verschiebbar ist.

23· Werkzeugmaschine nach den Punkten 14 oder 22, gekennzeichnet dadurch, daß der. Vorschubantrieb (36) aus einer im Gebäuseblock (12) fixierten Spindelmutter (18) und einer Vorschubspindel (.9) eines Servo-GleicbstromnLotors (16) besteht.

24. Werkzeugmaschine nach Punkt 9» gekennzeichnet dadurch, daß das Magazintransportrad (5) durch einen Bolzen (72) indexierbar ist.

25. Werkzeugmaschine nach den Punkten 21 und 24, gekennzeichnet dadurch, daß der Bolzen (72) durch ein Kraftelement (73) bewegbar ist, das gemeinsam mit dem Kraftelement (29) für die Antriebsspindelverschiebung steuerbar ist.

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sind, die Antriebsspindel (11) keilwellenartig ausgebildet ist, die durch ein mit dem Servo-Gleichstrommotor (38) verbundenes Treibrad.(20) und das Kupplungsrad (39)» die entsprechende Nuten tragen, hindurchgeführt ist und das Kupplungsrad (39) als Zahnrad (42) ausgebildet ist, das mit einem mit dem Magazintransportrad (5) verbundenen Zahnrad (59) kämmt.

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rad (5) verbundenes Zahnrad (59) eingreifend anordenbar ist.

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26. Werkzeugmaschine nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß die programmierbare Steuerung als K¹C-Steuerung ausgebildet ist.

27. Werkzeugmaschine nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß in der Antriebsspindel (11) ein Halteglied (4-9) aufgenommen ist, auf dessen herausragendes Ende der mit einer im Querschnitt T-förmigen Nut (54) versehene Werkzeugträger (52) von der Seite her aufschiebbar und in Drebrichtung formschlüssig mit-

• nehmbar ist und das über einen Kraftspeicher (Tellerfederpaket 51) der Werkzeugträger (52) gegen die . Antriebsspindel (11) gezogen ist, die auf ihren einander zugerichteten Stirnseiten zur Zentrierung einen konzentrischen Kurzkegel (53) bzw. einen Zentrierkonus (48) tragen»

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