DE102006022166B4

DE102006022166B4 - Ritzkennzeichnungswerkzeug für NC-Maschinen und Roboter

Info

Publication number: DE102006022166B4
Application number: DE200610022166
Authority: DE
Inventors: Karl Bauch
Original assignee: NC AUTOMATION GmbH; NC-AUTOMATION GmbH
Current assignee: NC AUTOMATION GmbH; NC-AUTOMATION GmbH
Priority date: 2006-05-12
Filing date: 2006-05-12
Publication date: 2008-08-07
Anticipated expiration: 2026-05-13
Also published as: DE102006022166A1

Abstract

Ritzkennzeichnungswerkzeug für NC-Maschinen und Roboter, dadurch gekennzeichnet, dass ein im Gehäuse (1) verschieblich gelagerter Ritzstift (8) mit zumindest zwei unabhängig voneinander wirkenden Energiespeichern und/oder Aktoren in Verbindung steht, wobei zumindest ein Energiespeicher oder Aktor über ein mit einer weg-, kraft- oder signalgesteuerten Schalteinrichtung versehenes Schlagstück (3) mit dem Ritzstift (8) gekoppelt ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Ritzkennzeichnungswerkzeug zum automatischen Kennzeichnen von Werkstücken in NC-Maschinen und mit Roboter.
Zum dauerhaft lesbaren Kennzeichnen von Werkstücken außerhalb der Bearbeitungsmaschinen werden Ritz-, Nadel-, Gravier-, Ätz- und Laserverfahren angewendet. Diese außerhalb der Bearbeitungsmaschinen positionierten Kennzeichnungseinheiten verfügen über eigene Steuerungen, Displays und Antriebe. Diese Anforderungen machen die Lösungen zum einen teuer, zum anderen ist es notwendig, die Werkstücke in die Kennzeichnungseinheit geordnet ein- und auszubringen. Das Gros der Kosten bei dieser externen Kennzeichnung entsteht durch den Handling-, Spann- und Steuerungsaufwand. Zielsetzung ist deswegen mehr und mehr, die Kennzeichnung direkt mit dem Bearbeitungsprozess zu verbinden und so den Steuerungs- und Handlingsaufwand einzusparen. Zum Kennzeichnen in der Bearbeitungsmaschine stehen zur Zeit Nadelwerkzeuge, die hydraulisch oder pneumatisch angetrieben sind, zur Verfügung. Siehe Patentanmeldung DE 102 10 630 B4 . Diese Werkzeuge funktionieren meist nur in einem begrenzten Druckbereich. Die Vorschubgeschwindigkeit ist aufgrund der Nadelfrequenz auf unter 5 m/min. begrenzt und der Verschleiß des Werkzeuges im rauen Betriebseinsatz ist beachtlich. Alternativ werden so genannte Stichel, also kleine Zerspanungswerkzeuge, zum Eingravieren der Kennzeichnung verwendet. Diese Werkzeuge haben zum Nachteil, dass nur geringe Vorschubgeschwindigkeiten gefahren werden können und sehr hohe Spindeldrehzahlen benötigt werden.
Außerdem sind diese Werkzeuge sehr bruch- und verschleißanfällig, was die Sicherheit der Kennzeichnung erheblich reduziert. Zusätzlich sind Ritzwerkzeuge zur Kennzeichnung in Werkzeugmaschinen verfügbar, wie sie auch die Firma NC-Automation herstellt, bei denen keine Spindelrotation und kein Medium zum Antreiben der Nadel notwendig ist. Dieses Werkzeug hat zudem den Vorteil, dass die Kennzeichnungsgeschwindigkeit nicht eingeschränkt ist. Nachteil dieses bestehenden Werkzeuges ist es, dass durch das Ritzen ein Grad entlang der eingebrachten Linien aufgeworfen wird. Zudem ist dieses Werkzeug bisher nicht geeignet, Dot-Matrix-Codes einzubringen. Problematisch ist insbesondere bei tiefer Kennzeichnung das langsame Eintauchen des Ritzstiftes bzw. der Nadel über die Verfahrstrecke. Dies macht sich insbesondere bei kleinen Schrifthöhen besonders bemerkbar. So benötigt der Ritzstift meist 1 bis 2 mm Verfahrstrecke, um die Nenntiefe zu erreichen. Bei einer Schrifthöhe von nur 2 mm folgt daraus eine oft unvollkommene, wenig saubere Kennzeichnung.
Aufgabe der nachfolgenden Innovation ist es, ein Ritzkennzeichnungswerkzeug zu schaffen, das den Gradaufwurf erheblich verringert bzw. unterbindet, von Anfang an mit der gewünschten Kennzeichnungstiefe arbeitet und auch das Einbringen von Dot-Matrix-Codes ermöglicht. Dabei ist zu berücksichtigen, dass für unterschiedliche Materialien, Oberflächen und Härten erheblich variierende Eindruckkräfte und Impulse notwendig sind. Um gute Zugänglichkeit auch zu engen Kennzeichnungsstellen zu gewährleisten, ist das Werkzeug möglichst schlank zu halten. Damit die Lagerbelastungen minimiert werden, ist zudem auf geringe Baulänge zu achten. Das einfache Verändern der Ritzstiftbelastung und der Impulshöhe von außen oder durch die Maschine ist eine zusätzliche Forderung, die zu erfüllen ist.
Die Aufgabe ist erfindungsgemäß, wie in Anspruch 1 und nachfolgend beschrieben, gelöst. Der Ritzstift ist am ausstehenden Ende mit einem Kegel versehen, der an der Spitze abgerundet ist. Um den Grataufwurf zu plätten oder erst gar nicht zustande kommen zu lassen, wird die Länge des kegeligen Anschliffes auf die maximale Ritztiefe von 0,2 bis 0,4 mm begrenzt. Der vom Kegel zur Planfläche hin eingebrachte Radius dient dem Einebnen des aufgeworfenen Grates. Alternativ kann der Übergang als zurückgesetzte Hohlkehle ausgeformt sein, so dass der äußere Bereich zum Abschaben des Grates verwendet wird. Als Option zur Kombination beider Funktionen in einem Ritzstift lässt sich diese Funktion auch zwischen Ritzstift und Lagerbuchse aufteilen. Der Ritzstift realisiert dann das Einbringen der Vertiefung. Das nachfolgende Überstreichen der Planierhülse bewirkt das Abtragen oder Einebnen des Grates. Die Plan- bzw. Kontaktfläche der Lagerbuchse mit der Werkstückoberfläche kann keilförmig als Schneide oder rund als Plättungselement ausgeführt sein. Um maßliche Abweichungen ausgleichen zu können, ist es zweckmäßig, dass diese Lagerbuchse axial befedert ist. Vorzugsweise hat die Befederung der Lagerbuchse eine erheblich höhere Fehlerrate als die des Ritzstiftes. Durch die Stellhülse lässt sich die Eindrückkraft des Ritzstiftes variieren. Durch die Eindrücktiefe bzw. durch den Abstand zwischen Werkstückoberfläche und Werkzeugkopf lässt sich die Anpresskraft der Lagerbuchse sowie die Aktivierung des Anfangimpulses bestimmen.
Die Funktionsweise des Werkzeuges stellt sich wie folgt dar:
Zum Einbringen der Kennzeichnung wird das Werkzeug auf die Oberfläche soweit aufgesetzt, dass der Gravierstift geringfügig einfedert. Durch das Bewegen des äußerst harten Ritzstiftes erfolgt die Kennzeichnung auf der Werkstückoberfläche. Je nach Materialfestigkeit und gewünschter Kennzeichnungstiefe ist unterschiedliche Belastung des Ritzstiftes notwendig. Diese Belastung lässt sich mit Hilfe einer Stellhülse, die über Gleitstücke die Vorspannung der Federn bewirkt, einstellen. Insbesondere bei tieferer Kennzeichnung taucht der Ritzstift erst mit fortschreitendem Weg auf die gewünschte Ritztiefe ein. Um Kennzeichnung in der korrekten Tiefe von Anfang an zu erlangen, ist es zweckmäßig, mit Beginn jeder Kennzeichnungsstrecke einen kleinen Impuls zum ausreichend tiefen Eindringen des Ritzstiftes in der Startposition auf den Ritzstift zu geben. Diese Fähigkeit ist im vorgeschlagenen Werkzeug dadurch gegeben, dass durch ein befedertes Schlagstück, abhängig von der Einfedertiefe des Ritzstiftes, ein Schlag auf das Ritzstiftlager und damit den Ritzstift ausgelöst wird. Aufgrund der kugeligen oder kegeligen Form steht die Eindringtiefe in einem festen Verhältnis zur Belastung des Ritzstiftes. Dem Werkzeug ist also bei geringer Einfederung die Möglichkeit gegeben, ohne Anfangsimpuls zu kennzeichnen. Bei größerer Einfedertiefe wird der Startimpuls ausgelöst. Der Impuls wird dadurch erzeugt, dass der zurückgeschobene Ritzstift mit dem Ritzstiftlager und den in ausgefahrener Stellung arretierten Distanzstiften des Schlagstückes dieses gegen die auf das Schlagstück wirkende Federkraft zurückschieben. Aufgrund der vorgegebenen Innenkontur des Kopfes, in der sich das Ritzstiftlager mit den darin befindlichen befederten Schaltelementen befindet, werden die Schaltelemente mit Erreichen einer vorgegebenen Position soweit nach innen gedrückt, dass die Arretierung der mit dem Schlagstück verbundenen Distanzstifte aufgehoben wird, so dass sich dann das von der Federkraft angetriebene Distanzstück gegen das Ritzstiftlager beschleunigt und nach wenigen Millimetern auf diesem aufschlägt. Beim Abheben des Werkzeuges wird das Schlagstück lediglich bis zum Anschlag zusammen mit dem Ritzstiftlager nach vorne bewegt. Die zentrale Feder bewegt schließlich den Ritzstift mit Lager bis zu dessen Anschlag nach vorne. Der daraus folgende Abstand ist geringfügig größer als die Eintauchtiefe des am Schlagstück befestigten Distanzstückes hin zum Schaltelement im Ritzstiftlager. Damit ist sicher gestellt, dass sich die befederten Schaltelemente wieder nach außen in Arretierstellung begeben können und bei der nächsten tieferen Einfederung des Ritzstiftes erneut ein Impuls auf den Ritzstift erzeugt wird. Erst diese Möglichkeit der Impulserzeugung befähigt dieses Werkzeug zum gleichmäßigen und gezielten Einbringen von Punkten in die Werkstückoberfläche, was für die Dot-Matrix-Erzeugung notwendig ist.
Die beigefügten Abbildungen stellen Folgendes dar:
1 zeigt ein Ritzkennzeichnungswerkzeug mit wegabhängiger Auslösung des Anfangsimpulses und veränderlicher Federvorspannung mittels Stellhülse in Grundstellung im Halbschnitt.
2 zeigt das gleiche Werkzeug wie in 1 unmittelbar vor dem Auslösen des Anfangsimpulses.
3 zeigt das Werkzeug wie in 1 nach erfolgtem Anfangsimpuls.
4 zeigt die Ausführung eines Ritzkennzeichnungswerkzeuges mit separater Vorspannung für Feder 1 und Feder 2.
5 zeigt eine Ritzkennzeichnungswerkzeug-Ausführung mit befederter Lagerbuchse zum Abtragen von überstehendem Grat nach dem Kennzeichnen.
6 zeigt eine spezielle Ausführung der Spitze eines Ritzstiftes.
Das Ritzkennzeichnungswerkzeug wird zur Einbringung von Buchstaben oder Ziffern von der Spindel einer Werkzeugmaschine entsprechend der im NC-Programm vorgegebenen Strecke bewegt. Die Kraftübertragung von der Spindel auf die Spitze des Ritzstiftes (8) erfolgt über das Gehäuse (1), den darin gelagerten Kopf (2) und das Ritzstiftlager (6) sowie der Lagerbuchse (10). Der Ritzstift (8) ist in der Ausgangslage über die gesamte Länge gelagert, so dass sich die Durchbiegung des Stiftes nur im vorstehenden Bereich ergibt. Die in 1 dargestellte Ausführung zeichnet sich dadurch aus, dass bei geringer Einfederung des Ritzstiftes (8) Feder 1 (11) und Feder 2 (12) auf den Ritzstift (8) wirken. Aufgrund der wegabhängigen Auslösung des Anfangsimpulses wird bei tieferem Einfedern des Ritzstiftes (8) das Schlagstück (3) freigegeben und aufgrund der Federbelastung durch Feder 2 (12) gegen das Ritzstiftlager (6) und damit auch gegen den Ritzstift (8) geschlagen. Durch diesen Impuls verringert sich die Federkraft der Feder 2 (12) je nachdem, wie groß die Bewegungsstrecke des Schlagstückes (3) gewählt ist bzw. je nachdem, wie lange die Distanzstifte (3.1) am Schlagstück (3) sind. Das Auslösen des Anfangsimpulses erfolgt dadurch, dass die Schaltelemente (7) aufgrund eines Schaltringes (16) oder einer adäquat verlaufenden Innenkontur des Kopfes (2) gegen die Schaltelementbefederung (14) so weit nach innen geschoben werden, dass die Arretierung der Distanzstifte (3.1) und damit des Schlagstückes (3) aufgehoben ist. Die Innenkontur des Kopfes (2) bzw. eine Planfläche des Schaltringes (16) dient dazu, beim Ausfedern des Ritzstiftes (8) das Schlagstück (3) mit den darin befindlichen Distanzstiften (3.1) so weit zurückzuhalten, dass in der Endlage des Ritzstiftes (8) die Schaltelemente (7) aufgrund der Schaltelementbefederung (14) nach außen in die Sperrstellung bewegt werden können. Durch Verdrehen der mit Gewinde ausgestatteten Stellhülse (4) lässt sich deren axiale Position verändern.
Durch das mit der Stellhülse (4) verschobene Gleitstück (5), auf das die Feder 1 (11) und Feder 2 (12) wirken, wird die Federvorspannung in gewünschter Weise auf unterschiedliche Materialien, Oberflächenhärten, Ritztiefen und Ritzstiftkonturen angepasst. Das Sicherungselement (15) dient dazu, dass sich durch die Axialbewegung des Ritzstiftes (8) mit dem Ritzstiftlager (6) keine Verlagerung und Störung des Gleitlagers (9) ergeben kann. In einer speziellen Ausführung des Ritzkennzeichnungswerkzeuges zum Abtragen oder Einebnen des aufgeworfenen Grates ist zwischen dem Gleitlager (9) und der Lagerbuchse (10) die Lagerbuchsenbefederung (17) vorzugsweise in Form von Tellerfedern eingesetzt. Dadurch lässt sich die Lagerbuchse (10) beim Auftreffen auf die Werkstückoberfläche zurückschieben und vermeidet Kollision bei unterschiedlichen Abständen vom Werkzeug zum Werkstück. Die Lagerbuchse (10) ist an ihrem vorstehenden Ende vorzugsweise mit einem Radius zum Plätten der Graterhebungen oder mit Schneiden zum Abtragen des Grates.

1: Gehäuse
2: Kopf
3: Schlagstück
3.1: Distanzstift
4: Stellhülse
5: Gleitstück
6: Ritzstiftlager
7: Schaltelement
8: Ritzstift
9: Gleitlager
10: Lagerbuchse
11: Feder 1
12: Feder 2
13: Federführung
14: Schaltelementbefederung
15: Sicherungselement
16: Schaltring
17: Lagerbuchsenbefederung

Claims

Ritzkennzeichnungswerkzeug für NC-Maschinen und Roboter, dadurch gekennzeichnet, dass ein im Gehäuse (1) verschieblich gelagerter Ritzstift (8) mit zumindest zwei unabhängig voneinander wirkenden Energiespeichern und/oder Aktoren in Verbindung steht, wobei zumindest ein Energiespeicher oder Aktor über ein mit einer weg-, kraft- oder signalgesteuerten Schalteinrichtung versehenes Schlagstück (3) mit dem Ritzstift (8) gekoppelt ist.
Ritzkennzeichnungswerkzeug für NC-Maschinen und Roboter, nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sowohl die direkte Kraftbeaufschlagung des Ritzstiftes (8), als auch die indirekte Beaufschlagung über das Schlagstück (3) mittels Druckfedern erfolgt.
Ritzkennzeichnungswerkzeug für NC-Maschinen und Roboter, nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Beaufschlagung des Ritzstiftes (8) zum einen mittels Pneumatik- oder Hydraulikkolben und zum anderen mittels Federkraft erfolgt.
Ritzkennzeichnungswerkzeug für NC-Maschinen und Roboter, nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sowohl die direkte Kraftbeaufschlagung des Ritzstiftes (8), als auch die indirekte Beaufschlagung über das Schlagstück (3) mittels Aktoren erfolgt, die durch eine über die Maschinenspindel und durch den Gehäuseschaft hindurch geleitete Energieversorgung betätigbar sind.
Ritzkennzeichnungswerkzeug für NC-Maschinen und Roboter, nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass im Kopf (2) oder Gehäuse (1) ein Bund-, Absatz- oder Sicherungselement (15) zur axialen Wegbegrenzung des Schlagstückes (3) eingebracht ist.
Ritzkennzeichnungswerkzeug für NC-Maschinen und Roboter, nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass im Kopf (2) oder Gehäuse (1) ein lagevariabler Axialanschlag zur axialen Wegbegrenzung des Schlagstückes (3) eingebracht ist.
Ritzkennzeichnungswerkzeug für NC-Maschinen und Roboter, nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Kopf (2) über eine Innenkontur verfügt, die als wegabhängige Schaltkurve fungiert, um den Schlagimpuls des Schlagstückes (3) gegenüber dem Ritzstift (8) auszulösen.
Ritzkennzeichnungswerkzeug für NC-Maschinen und Roboter, nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die wegabhängige Schaltkurve in Form eines Stellringes axial verschieblich positioniert werden kann.
Ritzkennzeichnungswerkzeug für NC-Maschinen und Roboter, nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das kraftabhängige Auslösen des Schlagstückes (3) zur Erzeugung des Schlagimpulses mit Hilfe eines befederten Schaltelementes (7) mit einem Kegelkopf, Kugelkopf oder einem Kopf (2) in einer beliebigen Kurvenform, das zumindest teilweise mit dem Kopf (2) in eine konische oder zylindrische Aussparung ragt.
Ritzkennzeichnungswerkzeug für NC-Maschinen und Roboter, nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass alle als Energiespeicher zur Belastung des Ritzstiftes (8) fungierenden Federn auf ein Gleitstück (5) wirken und mit Hilfe eines Stellringes vorgespannt werden.
Ritzkennzeichnungswerkzeug für NC-Maschinen und Roboter, nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass alle als Energiespeicher zur Belastung des Ritzstiftes (8) fungierenden Federn auf ein Gleitstück (5) wirken und mit Hilfe mehrerer Stellelemente unterschiedlich vorgespannt werden.
Ritzkennzeichnungswerkzeug für NC-Maschinen und Roboter, nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorspannung der zentralen, direkt auf den Ritzstift (8) wirkenden Druckfeder durch das Gleitstück (5) hindurch von einer im Gehäuseschaft sitzenden Stellschraube aus erfolgt.
Ritzkennzeichnungswerkzeug für NC-Maschinen und Roboter, nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Ritzstiftlager (6) über so tiefe axiale Bohrungen verfügt, dass die Distanzstifte (3.1) des Schlagstückes (3) komplett eintauchen können.
Ritzkennzeichnungswerkzeug für NC-Maschinen und Roboter, nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass durch einen axialen Anschlag im Kopf (2) das Schlagstück (3) mit so großem Abstand gegenüber dem Ritzstiftlager (6) in Grundposition positioniert ist, dass die befederten Schaltelemente (7) im Ritzstiftlager (6) in die Sperrstellung gelangen können.
Ritzkennzeichnungswerkzeug für NC-Maschinen und Roboter, nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorspannung der Feder 1 (11) und Feder 2 (12) mit Hilfe eines pneumatisch oder hydraulisch betätigten Kolbens erfolgt.
Ritzkennzeichnungswerkzeug für NC-Maschinen und Roboter, nach zumindest einem der Ansprüche 5 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass zur Führung des Ritzstiftes (8) gehärtete Buchsen in den Kopf (2) eingesetzt sind, die gegen axiale Verlagerung mittels Sicherungsring gesichert sind.
Ritzkennzeichnungswerkzeug für NC-Maschinen und Roboter, nach zumindest einem der Ansprüche 5 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Kopf (2) zur exakten und spielfreien Positionierung im Gehäuse (1) mit einer radialen und einer kegeligen Lagerfläche versehen ist.
Ritzkennzeichnungswerkzeug für NC-Maschinen und Roboter, nach zumindest einem der Ansprüche 5 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindung zwischen Kopf (2) und Gehäuse (1) mittels eines radialen Stiftes durch beide Teile hindurch gesichert ist.
Ritzkennzeichnungswerkzeug für NC-Maschinen und Roboter, nach zumindest einem der Ansprüche 5 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass eine gehärtete Lagerbuchse (10) für den Ritzstift (8) axial beweglich im Kopf (2) gelagert ist und mittels Federelement in Richtung Ritzstiftspitze gedrückt wird.
Ritzkennzeichnungswerkzeug für NC-Maschinen und Roboter, nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass die vorstehende Planfläche der Lagerbuchse (10) als Schneide ausgebildet ist.
Ritzkennzeichnungswerkzeug für NC-Maschinen und Roboter, nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Spitze des Ritzstiftes (8) kegelig mit einer kugeligen Endung ausgeführt ist und die Basis der Spitze mit einem konkaven Radius und einer anschließenden Planfläche endet.
Ritzkennzeichnungswerkzeug für NC-Maschinen und Roboter, nach zumindest einem der Ansprüche 1 und 21, dadurch gekennzeichnet, dass die Basis der Ritzstiftspitze kugelförmig geformt ist.
Ritzkennzeichnungswerkzeug für NC-Maschinen und Roboter, nach den Ansprüchen 1, 21 und 22, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest der im Eingriff befindliche Teil des Ritzstiftes (8) mit einer harten, gleitfähigen Oberflächenbeschichtung versehen ist.