DE10065945A1

DE10065945A1 - Befestigungsvorrichtung für ein abrasives Bearbeitungswerkzeug

Info

Publication number: DE10065945A1
Application number: DE10065945A
Authority: DE
Inventors: Juerg Amacher; Erich Trachsel; Jakob Marti; Thomas Marti
Original assignee: ABB Flexible Automation AG
Current assignee: ABB Schweiz AG
Priority date: 1999-12-29
Filing date: 2000-12-20
Publication date: 2001-10-11

Abstract

Eine Befestigungsvorrichtung für eine Spindel (S) eines abrasiven Bearbeitungswerkzeuges weist einen Grundkörper (1) und eine im Grundkörper (1) schwenkbare, druckbeaufschlagbare Spindelaufnahme (2) mit einer Mittelachse (M) auf. Die Spindelaufnahme (2) ist gegenüber dem Grundkörper (1) um bezüglich der Mittelachse (M) azentrische Schwenkachsen (K) schwenkbar. Dabei weist der Grundkörper (1) eine ringförmige Kippkante (13) und die Spindelaufnahme (2) eine Führungshülse (20) und einen daran angeordneten Kraftübertragungsflansch (21) auf, wobei sich der Kraftübertragungsflansch (21) über die Kippkante (13) erstreckt, so dass die Spindelaufnahme (2) um diese Kippkante (13) schwenkbar ist. Dadurch genügen wenige Druckzylinder (3) zur Regelung einer Pendelbewegung.

Description

Technisches Gebiet

Die Erfindung bezieht sich auf eine Befestigungsvorrichtung für eine Spindel eines abrasiven Bearbeitungswerkzeuges gemäss Oberbegriff des Patent anspruches 1.

Stand der Technik

Bei maschineller, insbesondere robotergesteuerter Bearbeitung eines Werk stückes mittels eines Entgraters oder eines anderen abrasiven Werkzeuges, variiert der Druck, welcher auf das Werkzeug ausgeübt wird, da sich der Abstand zwischen Werkstück und Werkzeug ständig ändert. Dies führt einer seits zu einer verstärkten Abnutzung des Werkzeugs, andererseits können Über belastungen des Werkzeuges auftreten, welche zur Beschädigung des Werk zeuges oder des zu bearbeitenden Werkstückes führen können. Daher werden Arbeiten an Werkstücken, welche hohen Qualitätsanforderungen genügen sollen, nach wie vor oft von Hand ausgeführt.

Um dies zu vermeiden, wird in DE 42 39 344 eine roboterunterstützte Bear beitungsvorrichtung vorgeschlagen, welche anstelle der üblicherweise verwende ten rotierenden Abrasionswerkzeuge, wie Fräsen, Bürsten oder Feilen, ein schabendes, federnd gelagertes Werkzeug einsetzt, welches über Kanten und Oberfläche des Werkstückes gezogen wird. Der Einsatzbereich einer derartigen Bearbeitungsvorrichtung ist jedoch stark eingeschränkt, da nicht alle Werk stückformen eine derartige Bearbeitung zulassen.

Es ist zudem eine Befestigungsvorrichtung für eine Spindel eines rotierenden Abrasionswerkzeuges bekannt, mittels welcher sich auch bei rotierender abra siver Bearbeitung ein möglichst gleichmässiger Bearbeitungsdruck erzielen lässt. Diese Befestigungsvorrichtung ist als Pendelmodul ausgebildet und er möglicht dem Bearbeitungswerkzeug, Unebenheiten des zu bearbeitenden Werk stückes durch Veränderung der Lage der Spindelachse auszugleichen, so dass das Bearbeitungswerkzeug den Konturen des Werkstückes entlang läuft und keinen grösseren, unerwünschten Krafteinwirkungen ausgesetzt ist.

Das Pendelmodul weist hierfür einen Grundkörper und eine im Grundkörper schwenkbar angeordnete hülsenförmige Spindelaufnahme auf. Grundkörper und Spindelaufnahme besitzen kugelförmige Gleitflächen, welche einen Formschluss bilden und es der Spindelaufnahme ermöglichen, auf äussere, beliebig gerichtete Druckveränderungen mit einer entsprechenden Schwenkbewegung zu antwor ten. Dabei liegen die entsprechenden Schwenkachsen stets zentrisch innerhalb der Spindelaufnahme.

Damit die Sollposition der Spindelaufnahme und der Spindel wieder erreicht werden kann und damit die Schwenkbewegungen gedämpft verläuft, ist die Spindelaufnahme druckbeaufschlagt. Hierfür sind im Grundkörper radial ver teilt mehrere Druckzylinder angeordnet, welche einen geregelten Gegendruck auf die Spindelaufnahme ausüben.

Um einen möglichst grossen Kraftregelbereich und eine möglichst feine Regulie rung zu gewährleisten, sind im allgemeinen mindestens neun Druckzylinder notwendig. Dies führt dazu, dass das Pendelmodul relativ gross ausgeführt wer den muss. Dadurch ist einerseits der Einsatzbereich relativ eingeschränkt, an dererseits sind die Herstellungskosten eines derartigen Pendelmoduls relativ hoch.

Darstellung der Erfindung

Es ist deshalb Aufgabe der Erfindung, eine Befestigungsvorrichtung der ein gangs genannten Art zu schaffen, welche eine reduzierte Anzahl Druckzylinder aufweist.

Diese Aufgabe löst eine Befestigungsvorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruches 1.

In der erfindungsgemässen Befestigungsvorrichtung, auch Pendelmodul genannt, ist eine Spindelaufnahme in einem Grundkörper so angeordnet, dass sie um azentrische Schwenkachsen schwenkbar ist. Eine geringe Anzahl Druck zylinder reichen zur Regelung jeglicher Pendelbewegungen aus. Es genügen hier für bereits zwei Druckzylinder, da sich mit ihnen für jede seitliche Auslenkung der Spindelaufnahme, unabhängig ihrer Richtung, ein rückstellendes Dreh moment erzeugen lässt.

Erfindungsgemäss weist der Grundkörper eine ringförmige Kippkante und die Spindelaufnahme einen Kraftübertragungsflansch auf, welcher sich über die Kippkante erstreckt und mit Druckzylindern in Wirkverbindung steht. Dadurch lässt sich eine gezielte Kippbewegung und Rückstellung der Spindelaufnahme um diese Kippkante erzielen.

Eine Druckbeaufschlagung der Spindelaufnahme ermöglicht, sie im von externen Krafteinflüssen unbelasteten Zustand an die Kippkante zu pressen, um eine wohldefinierte Bewegung der Spindelaufnahme um die Kippkante zu erzielen. Vorzugsweise weisen die Druckzylinder hierfür Zugstangen auf, welche den Kraftübertragungsflansch durchsetzen.

Vorteilhaft ist, dass sich durch die Reduktion der Anzahl der Druckzylinder Pen delmodule mit kleineren Durchmessern fertigen lassen. Da keine vollständige kugelförmige Lagerung mehr notwendig ist, lässt sich zudem auch die Länge des Pendelmoduls verkürzen. Dadurch ist es möglich, relativ kleine und somit mit grösserer Flexibilität einsetzbare Pendelmodule zu schaffen. Zudem werden die Herstellungskosten gesenkt.

Vorteilhaft ist ferner, dass sich die Spindelaufnahme dank der Zugstangen starr innerhalb des Grundkörpers fixieren lässt.

Ein weiterer Vorteil ist, dass bei axialer Krafteinwirkung auf die Spindel aufnahme diese zurückfedern kann, wodurch Beeinträchtigungen der Spindel aufnahme verhindert werden können.

Weitere vorteilhafte Ausführungsformen gehen aus den abhängigen Patent ansprüchen hervor.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Im folgenden wird der Erfindungsgegenstand anhand von bevorzugten Aus führungsbeispielen, welche in den beiliegenden Zeichnungen dargestellt sind, näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1a einen Querschnitt durch ein erfindungsgemässes Pendelmodul in einer ersten Ausführungsform;

Fig. 1b einen Ausschnitt aus Fig. 1a in vergrösserter Darstellung;

Fig. 2 eine Ansicht des Pendelmoduls gemäss Fig. 1a von oben und

Fig. 3 eine Ansicht eines erfindungsgemässen Pendelmoduls gemäss einer zweiten Ausführungsform.

Wege zur Ausführung der Erfindung

In den Figuren sind Ausführungsformen von erfindungsgemässen Befestigungs vorrichtungen oder Pendelmodulen zur pendelbaren Halterung eines rotierenden abrasiven Bearbeitungswerkzeuges beziehungsweise seiner Spindel dargestellt. Diese Befestigungsvorrichtung wird, wie eingangs erwähnt, beispielsweise unter Einsatz von Robotern verwendet, wobei das Bearbeitungswerkzeug beispiels weise ein Entgrater mit einer Hochfrequenzspindel ist.

Das erfindungsgemässe Pendelmodul, wie es in Fig. 1a dargestellt ist, besteht im wesentlichen aus einem Grundkörper 1, einer in diesem Grundkörper 1 schwenk- oder pendelbar angeordneten Spindelaufnahme 2 und mindestens zwei im Grundkörper angeordneten und mit der Spindelaufnahme 2 wirkverbundenen Druckzylindern 3, 3'. Ferner ist in Fig. 1a eine Spindel S eines Bearbeitungs werkzeuges und ein die Spindel umschliessender Federbalg F dargestellt. Nicht dargestellt ist ein Motor zum Antrieb der Spindel sowie die Halterungsmittel zur Lagerung der Spindel im Pendelmodul.

Der Grundkörper 1 weist eine rotationssymmetrische Durchführung auf, welche von der Spindelaufnahme 2 durchsetzt ist. An einem Ende der Durchführung ist eine Kippkante 13 ausgebildet, welche vorzugsweise geschlossen ausgebildet ist. In anderen Ausführungsformen ist sie jedoch durchbrochen. Die Kippkante 13 geht radial nach aussen in eine geneigte, abgeschrägte Fläche 12 über, wie dies in Fig. 1b dargestellt ist. In der Durchführung ist eine erste Gleitfläche 14 vor handen, welche an der Kippkante 13 endet. Diese Gleitfläche beansprucht maximal einen Drittel der gesamten Länge der Durchführung. Die restliche Länge der Durchführung ist gegenüber der ersten Gleitfläche 14 zurückgestuft ausgebildet.

Der Grundkörper 1 weist ferner mindestens zwei mit einem Druckmedium füll bare Druckräume 11 zur Aufnahme der Druckzylinder 3 auf. Diese Druckräume 11 sind nach aussen über ventilgesteuerte Einlassöffnungen 10 verbunden, um den Druck innerhalb der Druckräume 11 zu regeln. Vorzugsweise wird als Druckmedium Pressluft eingesetzt.

Jeder dieser im Grundkörper 1 angeordneten Druckzylinder 3 weist einen Kolbenkörper 30 und eine mit dem Kolbenkörper 30 verbundene Zugstange 31 auf, welche im Druckraum 11 des Grundkörpers 1 nach Massgabe des Druck mediums bewegbar angeordnet sind.

Die Spindelaufnahme 2 besteht im wesentlichen aus einer zylindrischen Führungshülse 20 zur Aufnahme der Spindel 5 des Bearbeitungswerkzeuges und einem an der Führungshülse 20 angeordneten Kraftübertragungsflansch 21. Die Führungshülse 20 durchsetzt die Durchführung des Grundkörpers 1 und defi niert im unausgelenkten Zustand eine Mittelachse M, welche mit der Spindel achse zusammenfällt. Die Führungshülse 20 endet an der ringförmigen Kipp kante 13, über welche sich der Kraftübertragungsflansch 21 hinausragt. Dabei ist die abgeschrägte Fläche 12 vom Kraftübertragungsflansch weggeneigt, so dass die Spindelaufnahme 2 über die Kippkante 13 schwenkbar oder kippbar ist.

Der Kraftübertragungsflansch 21 ist geschlossen ringförmig oder durchbrochen ausgebildet. Der die Kippkante 13 überragende Teil des Kraftübertragungsflansches 21 ist mit den Druckzylindern 3, 3' wirkverbunden. Hierfür weist der Flansch 21 Durchführungen 21' auf, in welche Zugstangen 31 eingreifen, wobei deren Zugstangenköpfe 32 auf dem Kraftübertragungsflansch 21 aufliegen. Dabei sind die Druckzylinder 3 beziehungsweise die Zugstangen 31 so angeordnet, dass die Summe ihrer Kräfte mit der Mittelachse M zusammenfallen, das heisst, im Falle von zwei Druckzylindern sind diese diametral zueinander angeordnet, wie dies in Fig. 2 ersichtlich ist.

Der Kraftübertragungsflansch 21 ist mittels der Druckzylinder 3 an die Kipp kante 13 gezogen, so dass die Spindelaufnahme 2 auch im von externen Kraft einflüssen unbelasteten Zustand an die Kippkante 13 gepresst ist.

Auch die Führungshülse 20 weist eine Gleitfläche, die zweite Gleitfläche oder Führungsfläche 22, auf, welche auf gleicher Höhe wie die erste Gleitfläche 14 angeordnet ist. Die Gleitflächen 14 und die Führungsfläche 22 weisen leicht unterschiedliche Formen auf, so dass sie einen Zwischenraum bilden. Vorzugsweise ist die Führungsfläche 22 der Führungshülse 2 durch den zylindrischen Mantel der Führungshülse 2 gebildet und die Gleitfläche 14 des Grundkörpers 1 leicht gewölbt bzw. konvex geformt. Dadurch ist es möglich, dass die Spindelaufnahme 2 um die Kippkante 13 kippen kann, trotzdem jedoch eine Führung durch die Führungsfläche 22 erhält.

In der hier dargestellten, bevorzugten Ausführungsform ist zwischen der Gleitfläche 14 und der Führungsfläche 22 ein federnder Gleitkörper 4 angeordnet, um die Führung zu verbessern.

Wie in Fig. 1a dargestellt, ist der Kraftübertragungsflansch 21 gestuft ausge bildet, wobei der von den Zugstangen 31 durchsetzte Teil in den Grundkörper 1 hineinragt. Dabei ist die Tiefe der Stufe so gewählt, dass die Druckbeauf schlagung durch die Zugstange 31 in einer Ebene erfolgt, welche die Gleitflächen 14,22 schneidet und vorzugsweise senkrecht zur Mittelachse M liegt.

Im hier dargestellten Ausführungsbeispiel weist die Führungshülse ferner eine, vorzugsweise umlaufende Rückhaltenase 23 auf, welche axial beabstandet zur Abstufung 15 der Durchführung des Grundkörpers 1 angeordnet ist. Bei Kraft einwirkung parallel zur Mittelachse bilden Rückhaltenase 23 und Abstufung 15 einen Rückhalt für die Spindelaufnahme 2 und das Bearbeitungswerkzeug, um eine Kraftübertragung auf einen Antrieb des Bearbeitungswerkzeuges zu ver hindern.

Bei einem seitlichen äusseren Krafteinfluss auf das Bearbeitungswerkzeug und somit auf die Spindelaufnahme 2 hingegen kippt die Spindelaufnahme 2 über die Kippkante 13 ab, wobei die Schwenkachse K eine Tangente dieser Kippkante 13 ist und somit azentrisch zur durch die Spindelachse definierten Mittelachse M liegt. In Fig. 1a ist eine Schwenkachse K eingetragen, welche senkrecht in die Blattebene hineinragt. Durch die Druckbeaufschlagung und insbesondere durch den anpressenden Vordruck wird eine gezielte Bewegung ausgeführt, welche sich durch die Druckzylinder ebenso gezielt ausgleichen lässt.

Fig. 2 zeigt eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemässen Pendel moduls, welche vier Druckzylinder 3 aufweist. Zwei diametral entgegengesetzte Druckzylinder sind dabei die Arbeitszylinder 3', welche für die Rückstellung der pendelnden Spindelaufnahme 2 zuständig sind. Zwei weitere Druckzylinder bilden die Fixierungszylinder 3", welche zur Fixierung der Spindelaufnahme 2 eingesetzt werden, im Falle, dass die Bearbeitung mit einem fixierten, nicht pendelnden Bearbeitungswerkzeug erfolgen soll.

Arbeitszylinder 3' und Fixierzylinder 3" sind formgleich aufgebaut, vorzugsweise sind die Fixierzylinder 3" jedoch grösser ausgebildet und mit einem höheren Arbeitsdruck versehen. Typische Werte für die Arbeitszylinder 3' liegen bei 3-4 at (290-390 kPa) und für die Fixierzylinder 3" bei 6 at (580 kPa).

Durch das Hinzuschalten von weiteren Druckzylindern, was hier jedoch nicht dargestellt ist, lässt sich der Kraftregelbereich noch vergrössern.

Das erfindungsgemässe Pendelmodul ermöglicht somit eine definiert gesteuerte Pendelbewegung wie auch eine Fixierung eines abrasiven Bearbeitungswerk zeuges unter Verwendung von relativ wenigen Druckzylindern.

Bezugszeichenliste

S Spindel
F Federbalg
M Mittelachse
K Kippachse

1

Grundkörper

10

Einlassöffnung

11

Druckraum

12

geneigte Fläche

13

ringförmige Kippkante

14

erste Gleitfläche

15

Abstufung

2

Spindelaufnahme

20

Führungshülse

21

Kraftübertragungsflansch

21

' Durchführung

22

zweite Gleitfläche

23

Rückhaltenase

3

Druckzylinder

3

' Arbeitszylinder

3

" Fixierungszylinder

30

Kolbenkörper

31

Zugstange

32

Zugstangenkopf

4

Gleitkörper

Claims

1. Befestigungsvorrichtung für eine Spindel (S) eines abrasiven Bear beitungswerkzeuges, wobei die Befestigungsvorrichtung einen Grundkörper (1) und eine im Grundkörper (1) schwenkbare, druckbeaufschlagbare Spin delaufnahme (2) mit einer Mittelachse (S) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Spindelaufnahme (2) gegenüber dem Grundkörper (1) um bezüglich der Mittelachse (M) azentrische Schwenkachsen (K) schwenkbar ist.

2. Befestigungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Grundkörper (1) eine ringförmige Kippkante (13) aufweist und dass die Spindelaufnahme (2) eine Führungshülse (20) und einen daran an geordneten Kraftübertragungsflansch (21) aufweist, wobei sich der Kraftübertragungsflansch (21) über die Kippkante (13) erstreckt.

3. Befestigungsvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Kraftübertragungsflansch (21) mit mindestens zwei Druckzylindern (3) in Wirkverbindung steht.

4. Befestigungsvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Spindelaufnahme (2) durch die Druckbeaufschlagung im von externen Krafteinflüssen unbelasteten Zustand an die Kippkante (13) gepresst ist.

5. Befestigungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 3 oder 4, dadurch ge kennzeichnet, dass die Druckzylinder (3) Zugstangen (31) aufweisen, welche den Kraftübertragungsflansch (21) durchsetzen.

6. Befestigungsvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Grundkörper (1) im Bereich der Kippkante (13) eine gegenüber dem Kraftübertragungsflansch (21) geneigte Fläche (12) aufweist.

7. Befestigungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch ge kennzeichnet, dass der Grundkörper (1) und die Spindelaufnahme (2) einander gegenüberliegende, gegeneinander gleitend verschiebbare Be rührungsflächen (14, 22) aufweisen, wobei zwischen gegenüberliegenden Be rührungsflächen (14, 22) ein Zwischenraum vorhanden ist.

8. Befestigungsvorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine der Berührungsflächen (14) gewölbt ist.

9. Befestigungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kraftübertragungsflansch (2) von mindestens vier Druckzylindern (3') durchsetzt ist, wobei mindestens zwei erste Druckzylinder Arbeitszylinder (3') zur Führung der Bewegung der Spindelaufnahme (2) sind und min destens zwei zweite Druckzylinder Fixierungszylinder (3") zur Fixierung der Spindelaufnahme (2) im Grundkörper (1) sind.

10. Befestigungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Spindelaufnahme (2) eine Rückhaltenase (23) aufweist zur Begrenzung einer achsialen Bewegung der Spindelaufnahme (2).