DE102009039752B4

DE102009039752B4 - Anordnung zum Aufspannen eines Bearbeitungswerkzeugs in einer Werkzeugmaschine

Info

Publication number: DE102009039752B4
Application number: DE102009039752.3A
Authority: DE
Inventors: Matthias Schmidt
Original assignee: Gleason Pfauter Maschinenfabrik GmbH
Current assignee: Gleason Pfauter Maschinenfabrik GmbH
Priority date: 2009-09-02
Filing date: 2009-09-02
Publication date: 2018-10-25
Anticipated expiration: 2029-09-03
Also published as: DE102009039752A1

Abstract

Anordnung zum Aufspannen eines eine Rotationsachse, ein erstes axiales Aufspannende (16) und ein davon axial beabstandetes zweites axiales Aufspannende (17) aufweisenden Bearbeitungswerkzeugs (18) in einer Werkzeugmaschine, mit einem eine erste Drehachse (12) aufweisenden Lager (13), an dem das erste Aufspannende (16) aufspannbar ist, einem eine mit der ersten Drehachse (12) fluchtende zweite Drehachse (14) aufweisenden Gegenlager (15), an dem das zweite Aufspannende (17) aufspannbar ist, einer Antriebseinrichtung, durch die das Lager (13) um seine Drehachse (12) drehend antreibbar ist, einer längs einer zu den miteinander fluchtenden Drehachsen (12, 14) parallelen Linearbewegungsachse an einem Träger (1) bewegbar geführten ersten (6) und zweiten (7) Linearbewegungseinheit, deren erste (6) längs eines zu der Linearbewegungsachse parallelen ersten Bewegungswegs antreibbar ist und das Lager (13) aufweist und deren zweite (7) längs eines zu der Linearbewegungsachse parallelen zweiten Bewegungswegs antreibbar ist und das Gegenlager (15) aufweist, und einer von einem gesteuerten Antriebsmotor (8) antreibbaren ersten Leistungsübertragungseinrichtung zum Antrieb der ersten Linearbewegungseinheit (6) längs ihres ersten Bewegungsweges, dadurch gekennzeichnet, daß eine von dem Antriebsmotor (8) antreibbare zweite Leistungsübertragungseinrichtung zum Antrieb der zweiten Linearbewegungseinheit (7) längs ihres zweiten Bewegungsweges vorgesehen ist.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zum Aufspannen eines eine Rotationsachse, ein erstes axiales Aufspannende und ein davon axial beabstandetes zweites axiales Aufspannende aufweisenden Bearbeitungswerkzeugs in einer Werkzeugmaschine, mit einem eine erste Drehachse aufweisenden Lager, an dem das erste Aufspannende aufspannbar ist, einem eine mit der ersten Drehachse fluchtende zweite Drehachse aufweisenden Gegenlager, an dem das zweite Aufspannende aufspannbar ist, einer Antriebseinrichtung, durch die das Lager um seine Drehachse drehend antreibbar ist, einer längs einer zu den miteinander fluchtenden Drehachsen parallelen Linearbewegungsachse an einem Träger bewegbar geführten ersten und zweiten Linearbewegungseinheit, deren erste längs eines zu der Linearbewegungsachse parallelen ersten Bewegungswegs antreibbar ist und das Lager aufweist und deren zweite längs eines zu der Linearbewegungsachse parallelen zweiten Bewegungswegs antreibbar ist und das Gegenlager aufweist, und einer von einem gesteuerten Antriebsmotor antreibbaren ersten Leistungsübertragungseinrichtung zum Antrieb der ersten Linearbewegungseinheit längs ihres ersten Bewegungsweges.
Bei einer derartigen bekannten Anordnung ( DE 44 31 374 A1 ) ist für den Antrieb der Bewegungen der ersten und der zweiten Linearbewegungseinheit je ein getrennter Antriebsmotor vorgesehen, die über eine gemeinsame elektrische Steuereinheit steuerungsmäßig miteinander verbunden sind. Dies erfordert einen entsprechend hohen mechanischen und steuerungstechnischen Aufwand.
Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung der eingangs genannten Art zu schaffen, deren Aufbau ohne Einbuße an betrieblicher Wirksamkeit innerhalb der Werkzeugmaschine vereinfacht ist.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß eine von dem Antriebsmotor antreibbare zweite Leistungsübertragungseinrichtung zum Antrieb der zweiten Linearbewegungseinheit längs ihres zweiten Bewegungsweges vorgesehen ist.
Bei der Erfindung ist für den Antrieb der ersten und der zweiten Linearbewegungseinheit längs ihres ersten bzw. zweiten Bewegungswegs nur ein einziger gesteuerter Antriebsmotor vorgesehen. Dieser liefert die mechanische Eingangsleistung für die erste und die zweite Leistungsübertragungseinrichtung, welche die Bewegungen der beiden Linearbewegungseinheiten längs ihrer Bewegungswege antreiben. Diese Leistungsübertragungseinrichtungen können insbesondere derart ausgestaltet und betrieben werden, daß sie die von ihnen angetriebenen Linearbewegungseinheiten in der gleichen Richtung oder in zueinander entgegengesetzten Richtungen antreiben. Ferner kann die Auslegung derart getroffen sein, daß sie die betreffenden Linearbewegungseinheiten gleichzeitig, in zeitlicher Überlappung oder in getrennten Zeitintervallen antreiben. Für letzteres ist es insbesondere zweckmäßig, daß mindestens eine der beiden Leistungsübertragungseinheiten eine schaltbare Kupplung aufweist, durch die eine Antriebsverbindung zu der von dieser Leistungsübertragungseinrichtung antreibbaren Linearbewegungseinheit herstellbar und unterbrechbar ist.
In einer Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, daß die zweite Leistungsübertragungseinheit eine einen durch die Bewegung der ersten Linearbewegungseinheit längs ihres ersten Bewegungswegs angetriebenen Antriebsabschnitt, einen Abtriebsabschnitt und einen den Antriebsabschnitt mit dem Abtriebsabschnitt bewegungsmäßig koppelnden Übertragungsabschnitt aufweisende Bewegungsübertragungseinheit aufweist sowie eine zwischen einem Verbindungszustand und einem Trennzustand schaltbare erste Kupplungseinheit, in deren Verbindungszustand die zweite Linearbewegungseinheit mit dem Abtriebsabschnitt für ihren Antrieb längs ihres zweiten Bewegungswegs bewegungsmäßig gekoppelt und in deren Trennzustand die zweite Linearbewegungseinheit von dem Abtriebsabschnitt abgekoppelt ist.
Bei dieser Ausführungsform weist die erste Leistungsübertragungseinrichtung beispielsweise einen als Kugelgewindetrieb ausgebildeten Spindeltrieb auf, der von dem Antriebsmotor angetrieben wird und die erste Linearbewegungseinheit in der Richtung der Linearbewegungsachse antreibt. Dagegen erfolgt der Antrieb der zweiten Linearbewegungseinheit mittels der Bewegungsübertragungseinheit, welche im Verbindungszustand der ersten Kupplungseinheit die Bewegung der ersten Linearbewegungseinheit auf die zweite Linearbewegungseinheit überträgt. Vorzugsweise erfolgt die Bewegungsübertragung im Verhältnis 1:1, so daß die Länge des von der zweiten Linearbewegungseinheit infolge der Bewegungsübertragung zurückgelegten zweiten Bewegungsweges genau der Länge des von der ersten Linearbewegungseinheit zurückgelegten ersten Bewegungsweges entspricht. Die erste und zweite Linearbewegungseinheit bewegen sich dadurch gemeinsam. Dagegen ist im Trennzustand der ersten Kupplungseinheit die zweite Linearbewegungseinheit von der Bewegung der ersten Linearbewegungseinheit abgekoppelt. In diesem Fall kann sich die erste Linearbewegungseinheit bewegen, während die zweite Linearbewegungseinheit gegenüber dem Träger der beiden Linearbewegungseinheiten stillsteht.
Diese durch den Schaltzustand der ersten Kupplungseinheit wählbaren Bewegungsmöglichkeiten der ersten und zweiten Linearbewegungseinheit werden auf folgende Weise zum Aufspannen oder Wechseln des Bearbeitungswerkzeugs eingesetzt: Zunächst wird im Verbindungszustand der ersten Kupplungseinheit die zweite Linearbewegungseinheit durch eine entsprechende Ansteuerung des Antriebsmotors in eine zweite Ausgangsposition und sodann im Trennzustand der ersten Kupplungseinheit die erste Linearbewegungseinheit durch entsprechende Ansteuerung des Antriebsmotors relativ zur zweiten Linearbewegungseinheit in eine erste Anfangsposition bewegt, in der der Abstand zwischen dem an der ersten Linearbewegungseinheit angeordneten Lager und dem an der zweiten Linearbewegungseinheit angeordneten Gegenlager größer ist als die axiale Länge des Bearbeitungswerkzeuges zwischen seinem ersten und seinem zweiten Aufspannende. Die erste und die zweite Ausgangsposition werden insbesondere derart vorgegeben, daß der Abstand zwischen dem Lager und dem Gegenlager geringfügig größer ist als das längste aufzuspannende Bearbeitungswerkzeug. Ferner wird die Lage der beiden Ausgangspositionen relativ zu dem Träger bei Verwendung eines automatischen Werkzeugwechslers auf dessen Bewegungsweg abgestimmt, damit das Bearbeitungswerkzeug lagerichtig zwischen das Lager und das Gegenlager eingeführt wird.
In diesen Anfangspositionen wird das Bearbeitungswerkzeug, beispielsweise von dem automatischen Werkzeugwechsler, derart zwischen das Lager und das Gegenlager eingebracht, daß seine Rotationsachse mit der ersten Drehachse des Lagers und der zweiten Drehachse des Gegenlagers fluchtet. Dann wird die erste Kupplungseinheit in ihren Verbindungszustand geschaltet und die zweite Linearbewegungseinheit durch eine Bewegung der mit ihr nunmehr bewegungsmäßig gekoppelten ersten Linearbewegungseinheit so weit in Richtung auf das zweite Aufspannende des Bearbeitungswerkzeugs bewegt, daß dessen zweites Aufspannende auf dem Gegenlager aufgespannt wird. Anschließend wird die erste Kupplungseinheit wieder in ihren Trennzustand geschaltet und die erste Bewegungseinheit in Richtung auf das erste Aufspannende des Bearbeitungswerkzeugs bewegt, bis dessen erstes Aufspannende auf dem Lager aufgespannt ist.
Die Freigabe des Bearbeitungswerkzeugs zum Werkzeugwechsel erfolgt dadurch, daß zunächst das Werkzeug, beispielsweise von dem automatischen Werkzeugwechsler, in seiner aufgespannten Position abgestützt oder auf einem Prisma abgelegt wird. Dann wird die erste Linearbewegungseinheit bei in den Trennzustand geschalteter erster Kupplungseinheit so weit von der zweiten Linearbewegungseinheit wegbewegt, daß das erste Aufspannende des Bearbeitungswerkzeugs von dem Lager freikommt und zwischen dem ersteren und dem letzteren ein freier axialer Abstand entsteht, der mindestens so groß ist wie die Summe der axialen Eingriffslängen zwischen dem Lager und dem ersten Aufspannende bzw. dem Gegenlager und dem zweiten Aufspannende. Sodann wird die erste Kupplungseinheit in ihren Verbindungszustand geschaltet und die zweite Linearbewegungseinheit durch eine in Richtung auf das erste Aufspannende gerichtete Bewegung der ersten Linearbewegungseinheit so weit verschoben, daß das zweite Aufspannende von dem Gegenlager freikommt. In diesem Zustand ist sodann das Bearbeitungswerkzeug sowohl von dem Lager als auch von dem Gegenlager vollständig freigegeben und kann von dem Werkzeugwechsler in einer zur Linearbewegungsachse orthogonalen Richtung entfernt werden.
Insbesondere können die beiden Linearbewegungseinheiten im Verbindungszustand der ersten Kupplungseinheit zur Freigabe der beiden Aufspannenden in ihre Ausgangspositionen bewegt werden. Dann kann der Werkzeugwechsler in der oben beschriebenen Weise ein neues Bearbeitungswerkzeug einbringen und dessen Aufspannung in der oben beschriebenen Weise an den Ausgangspositionen der beiden Linearbewegungseinheiten beginnend ausgeführt werden.
Außerdem kann bei aufgespanntem Werkzeug die im Verbindungszustand der ersten Kupplungseinheit gemeinsame Bewegung der ersten und zweiten Linearbewegungseinheit bei aufgespanntem Bearbeitungswerkzeug für eine längs der Linearbewegungsachse gerichtete Bearbeitungsbewegung zwischen dem Bearbeitungswerkzeug und einem zu bearbeitenden Werkstück genutzt werden. Eine derartige Bewegung ist dem Fachmann als „Shiftbewegung“ bekannt. Sie wird beispielsweise beim Diagonalfräsen angewendet.
Eine bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung zeichnet sich dadurch aus, daß eine zweite Kupplungseinheit vorgesehen ist, die gegenläufig zu der ersten Kupplungseinheit zwischen einem Verbindungszustand, in dem die Bewegbarkeit der zweiten Linearbewegungseinheit gegenüber dem Träger blockiert ist, und einem Trennzustand, in dem die Bewegbarkeit der zweiten Linearbewegungseinheit gegenüber dem Träger freigegeben ist, schaltbar ist. Durch die Blockierung der zweiten Linearbewegungseinheit gegenüber dem Träger im Verbindungszustand der zweiten Kupplungseinheit wird sichergestellt, daß die zweite Linearbewegungseinheit nach ihrer Entkopplung von der ersten Linearbewegungseinheit sicher in der erreichten Stellung verharrt und nicht durch auf sie übertragene Bearbeitungskräfte oder andere an ihr angreifende Kräfte aus ihrer Stellung verschoben wird. Ähnlich dient es der Sicherung der eingestellten Stellung der ersten Linearbewegungseinheit, daß eine zwischen einem Verbindungszustand und einem Trennzustand schaltbare dritte Kupplungseinheit vorgesehen ist, in deren Verbindungszustand die Bewegbarkeit der ersten Linearbewegungseinheit gegenüber dem Träger blockiert ist und in deren Trennzustand die Bewegbarkeit der ersten Linearbewegungseinheit gegenüber dem Träger freigegeben ist.
Im Rahmen der Erfindung sind die Kupplungseinheiten vorteilhaft derart ausgebildet, daß die erste Kupplungseinheit eine zwischen dem Abtriebsabschnitt der Bewegungsübertragungseinheit und der zweiten Linearbewegungseinheit wirksame Klemmeinheit aufweist, durch die im Verbindungszustand eine die Kopplung bewirkende Klemmverbindung zwischen dem Abtriebsabschnitt und der zweiten Linearbewegungseinheit herstellbar ist. Ebenso ist es vorteilhaft, daß die zweite und die dritte Kupplungseinheit je eine zwischen dem Träger und der zweiten bzw. ersten Linearbewegungseinheit wirksame Klemmeinheit aufweist, durch die im Verbindungszustand eine die Blockierung bewirkende Klemmverbindung zwischen dem Träger und der zweiten bzw. ersten Linearbewegungseinheit herstellbar ist.
Die auf Klemmung beruhenden Kupplungseinheiten sind dem Fachmann bekannt. Sie können baulich verhältnismäßig einfach verwirklicht werden und beispielsweise elektrisch, hydraulisch oder pneumatisch betätigbar sein. Ferner haben sie den Vorteil, daß die Kupplung der von der betreffenden Kupplungseinheit aneinander bewegungsmäßig festzulegenden Teile an jeder Stelle des gegenseitigen Bewegungsweges, also stufenlos, erfolgen kann. Auch kann dabei mit besonderem Vorteil vorgesehen sein, daß der Wert der Klemmkraft der Klemmeinheiten steuerbar ist. Hierdurch läßt sich eine gegenüber der die gegenseitige Blockierung bewirkenden Klemmkraft reduzierte Klemmkraft der zweiten und dritten Kupplungseinheit einstellen und dadurch eine spielfreie Führung der ersten und der zweiten Linearbewegungseinheit an ihrem Träger erreichen.
Im Hinblick auf die Ausbildung der Bewegungsübertragungseinheit ist es vorteilhaft, daß der Antriebsabschnitt und der Abtriebsabschnitt axial voneinander beabstandete Abschnitte einer sich mit ihrer Längsachse parallel zur Linearbewegungsachse erstreckenden starren Stange und der Übertragungsabschnitt der zwischen den voneinander beabstandeten Abschnitten begrenzte Abschnitt der Stange sind. Diese Ausgestaltung ist baulich einfach. Bei der Bewegungsübertragung wird die starre Stange lediglich in der Richtung ihrer Längsachse belastet, weswegen schon mit verhältnismäßig geringen Stangenquerschnitten ein hohes Kraftübertragungsvermögen und eine große Robustheit erreicht werden.
Eine andere vorteilhafte Maßnahme besteht darin, daß der Träger zwei sich parallel zur Linearbewegungsachse und in einem dazu orthogonalen gegenseitigen Abstand erstreckende Linearführungen, insbesondere Gleitführungen, aufweist, an denen die erste und die zweite Linearbewegungseinheit geführt sind. Bei dieser Ausgestaltung dienen die beiden Gleitführungen sowohl der Führung der ersten als auch der zweiten Linearbewegungseinheit.
Hinsichtlich des drehenden Antriebs für das in der erfindungsgemäßen Anordnung aufgespannte Bearbeitungswerkzeug besteht eine erste zweckmäßige Alternative darin, daß das Lager an einer von der Antriebseinrichtung drehend antreibbaren Spindel und das Gegenlager an einer freilaufenden Gegenspindel ausgebildet ist. In dieser Alternative wird das Antriebsmoment allein am ersten Aufspannende des Bearbeitungswerkzeuges eingeleitet. Dagegen leitet das Gegenlager kein Antriebsmoment ein, sondern dient lediglich der drehenden Abstützung des Bearbeitungswerkzeugs an seinem zweiten Aufspannende.
Dagegen ist in einer zweiten Alternative vorgesehen, daß das Lager und das Gegenlager an einer von der Antriebseinrichtung jeweils drehend antreibbaren Spindel bzw. Gegenspindel ausgebildet ist. Hier wird also sowohl am ersten als auch am zweiten Aufspannende ein Antriebsmoment in das Bearbeitungswerkzeug eingeleitet. Durch diesen doppelseitigen Antrieb lassen sich auch bei hohen Antriebsleistungen Torsionsbelastungen des Bearbeitungswerkzeugs verringern.
Sowohl beim einseitigen als auch beim doppelseitigen Antrieb kann alternativ vorgesehen sein, für die angetriebene Spindel bzw. Gegenspindel einen Direktantrieb oder ein der Übertragung der von einem Antriebsmotor abgegebenen Antriebsenergie dienendes Getriebe, insbesondere einen Planetensatz, vorzusehen. Je nach der Art der Anwendung können die Vorteile der einen oder der anderen Alternative überwiegen.
Ein weiterer Gesichtspunkt der Erfindung besteht darin, daß in dem Lager und dem Gegenlager je eine Kühlmittelpassage ausgebildet ist, die durch die Aufspannung des Bearbeitungswerkzeugs an eine darin ausgebildete Kühlmittelpassage anschließbar ist. Die beiden Kühlmittelpassagen des Lagers bzw. des Gegenlagers und die daran angeschlossene Kühlmittelpassage des Bearbeitungswerkzeugs ermöglichen die innere Zufuhr eines Kühlmittels, bei dem es sich insbesondere um Luft, Öl, Ölemulsion, Öl-Luft oder eine wäßrige Lösung eines Kühlmittels handeln kann. Dadurch wird eine Innenkühlung der von dem zugeführten Kühlmittel beaufschlagten Teile erreicht.
In einer zweckmäßigen Alternative ist vorgesehen, daß die Kühlmittelpassage des Lagers, die daran angeschlossene Kühlmittelpassage des aufgespannten Bearbeitungswerkzeugs und die daran angeschlossene Kühlmittelpassage des Gegenlagers einen Abschnitt eines geschlossenen Kühlmittelkreislaufs bilden. Dieser Abschnitt des geschlossenen Kühlmittelkreislaufs bewirkt eine Umlaufkühlung des Lagers, des Bearbeitungswerkzeugs und des Gegenlagers. Die Zuführung des Kühlmittels erfolgt zu der Kühlmittelpassage des Lagers oder des Gegenlagers und die Rückführung von der Kühlmittelpassage des Gegenlagers bzw. des Lagers.
Eine weitere vorteilhafte Alternative besteht darin, daß das Kühlmittel in einem offenen Kühlkreislauf den Kühlmittelpassagen des Lagers und des Gegenlagers zuführbar und an einer frei ausmündenden Öffnung der Kühlmittelpassage des aufgespannten Bearbeitungswerkzeugs abführbar ist. Neben der dadurch bewirkten Kühlung des Lagers, des Bearbeitungswerkzeugs und des Gegenlagers bewirkt das an dem Bearbeitungswerkzeug ausströmende Kühlmittel auch eine Kühlung und Schmierung in dem mit einem zu bearbeitenden Werkstück in Eingriff stehenden Bereich des Bearbeitungswerkzeugs.
Die erfindungsgemäße Anordnung eignet sich insbesondere zur Lagerung des Bearbeitungswerkzeuges mehrachsiger Werkzeugmaschinen, in denen das Bearbeitungswerkzeug relativ zu einem zu bearbeitenden Werkstück auf einer vorgegebenen Bewegungsbahn geführt wird.
In diesem Zusammenhang ist es insbesondere zweckmäßig, daß der Träger an einer eine zur Linearbewegungsachse der ersten und zweiten Linearbewegungseinheit orthogonale weitere Linearbewegungsachse aufweisenden weiteren Linearbewegungseinheit um eine zu der weiteren Linearbewegungsachse orthogonale Drehachse drehbar gelagert ist. In diesem Fall stellt die Linearbewegungsachse die üblicherweise als Y-Achse bezeichnete Achse, die Drehachse die üblicherweise als A-Achse bezeichnete Achse und die weitere Linearbewegungsachse die üblicherweise als Z-Achse bezeichnete Achse der Werkzeugmaschine, insbesondere der Wälzfräs- oder Wälzschleifmaschine, dar.
Weitere Merkmale, Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung und der Zeichnung, in deren einziger Figur ein Ausführungsbeispiel der Erfindung in perspektivischer Darstellung gezeigt ist.
Ein sich in der Zeichnungsfigur von links vorne nach rechts hinten erstreckender Träger 1 ist in der Form eines geraden Prismas ausgebildet, das zwischen einer zu seiner Längsachse orthogonalen, in der Zeichnungsfigur zum Betrachter weisenden Grundfläche 2 und einer dazu parallelen, dem Betrachter abgewandten Deckfläche 3 begrenzt ist. An den beiden zu der Längsachse parallelen Randbereichen der zwischen der Grundfläche 2 und der Deckfläche 3 begrenzten, zum Betrachter weisenden Vorderseite sind zwei sich parallel zur Längsachse erstreckende Linearführungen 4, 5 in einem zur Längsachse orthogonalen gegenseitigen Abstand angeordnet. An diesen Linearführungen, die in dem dargestellten Ausführungsbeispiel als Gleitführungen ausgebildet sind, sind eine erste Linearbewegungseinheit 6 und eine zweite Linearbewegungseinheit 7 längs einer zur Längsachse parallelen Linearbewegungsachse bewegbar geführt.
Die erste Linearbewegungseinheit 6 ist antriebsmäßig mit einem Linearbewegungsantrieb gekoppelt, der in dem dargestellten Ausführungsbeispiel einen gesteuerten, insbesondere einen geregelten Antriebsmotor 8 und eine davon drehend antreibbare Antriebsspindel (in der Zeichnung nicht sichtbar) aufweist, die sich mit ihrer Längsachse parallel zu den Linearführungen 4, 5 erstreckt und mit der ersten Linearbewegungseinheit 6 antriebsmäßig gekoppelt ist. Insbesondere ist dieser Linearantrieb der ersten Linearbewegungseinheit 6 in der Form eines Kugelgewindetriebes ausgebildet.
Die zweite Linearbewegungseinheit 7 ist mit der ersten Linearbewegungseinheit 6 durch eine Bewegungsübertragungseinheit koppelbar, die bewirkt, daß die zweite Linearbewegungseinheit 7 einer von dem Antriebsmotor 8 angetriebenen Bewegung der ersten Linearbewegungseinheit 6 folgt. Dies bedeutet, daß eine Bewegung der ersten Linearbewegungseinheit 6 längs eines ersten Bewegungsweges eine Bewegung der zweiten Linearbewegungseinheit 7 längs eines dem ersten Bewegungsweg entsprechenden und demgegenüber in der Richtung der Längsachse um den Abstand zwischen den beiden Linearbewegungseinheiten 6, 7 versetzten zweiten Bewegungsweges hervorruft. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel weist diese Bewegungsübertragungseinrichtung eine sich mit ihrer Längsachse parallel zu den Linearführungen 4, 5 erstreckende starre Stange 9 auf, deren zur ersten Linearbewegungseinheit 6 weisender Endabschnitt (in der Zeichnungsfigur nicht sichtbar) mit letzterer fest verbunden ist. Der dazu entgegengesetzte Endabschnitt 10 der Stange 9 ist durch eine zwischen einem Verbindungszustand und einem Trennzustand schaltbare erste Kupplungseinheit mit der zweiten Linearbewegungseinheit 7 kuppelbar. Diese erste Kupplungseinheit weist in dem dargestellten Ausführungsbeispiel einen mit der zweiten Linearbewegungseinheit 7 fest verbundenen Lagerbock 11 mit einer zur Stange 9 koaxialen Bohrung auf, durch die der Endabschnitt 10 axialverschieblich hindurchgeführt ist. Eine zwischen dem Endabschnitt 10 und dem Lagerbock 11 wirksame Klemmeinheit (in der Zeichnungsfigur nicht sichtbar) ist derart steuerbar, daß zwischen dem Endabschnitt 10 und dem Lagerbock 11 entweder ein Verbindungszustand hergestellt wird, in dem die zweite Linearbewegungseinheit 7 mit dem Endabschnitt 10 bewegungsmäßig gekoppelt ist, oder ein Trennzustand, in dem der Endabschnitt 10 gegenüber dem Lagerbock 11 frei beweglich und dadurch die zweite Linearbewegungseinheit 7 von dem Endabschnitt 10 antriebsmäßig abgekoppelt ist.
Die Bewegbarkeit der zweiten Linearbewegungseinheit 7 gegenüber dem Träger 1 ist durch eine zwischen einem Verbindungszustand und einem Trennzustand schaltbare zweite Kupplungseinheit (in der Zeichnungsfigur nicht sichtbar) blockierbar bzw. freigebbar. Ebenso ist die Bewegbarkeit der ersten Linearbewegungseinheit 6 gegenüber dem Träger 1 durch eine zwischen einem Verbindungszustand und einem Trennzustand schaltbare dritte Kupplungseinheit (in der Zeichnungsfigur nicht sichtbar) blockierbar bzw. freigebbar. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel wird auch bei der zweiten und dritten Kupplungseinheit der Verbindungszustand und der Trennzustand durch eine entsprechend steuerbare Klemmeinheit hergestellt, die im Verbindungszustand eine Klemmverbindung bewirkt, in der die Bewegbarkeit der ersten und zweiten Linearbewegungseinheit 6, 7 gegenüber dem Träger 1 blockiert ist. Insbesondere sind in dem dargestellten Ausführungsbeispiel diese Klemmeinheiten derart ausgebildet, daß sie die Klemmverbindung zwischen der ersten bzw. zweiten Linearbewegungseinheit 6, 7 und mindestens einer der an dem Träger 1 festgelegten Linearführungen 4, 5 bewirken. Weiterhin ist der Wert der Klemmkraft dieser Klemmeinheiten derart steuerbar, daß er unter einen die Blockierung bewirkenden Wert herabsetzbar ist, bei dem eine spielfreie Bewegungsführung der ersten bzw. zweiten Linearbewegungseinheit 6, 7 erfolgt.
An der dem Träger 1 abgewandten Seite der ersten Linearbewegungseinheit 6 ist ein eine erste Drehachse 12 aufweisendes Lager 13 und an der dem Träger 1 abgewandten Seite der zweiten Linearbewegungseinheit 7 ein eine zweite Drehachse 14 aufweisendes Gegenlager drehbar festgelegt. Die erste und zweite Drehachse 12, 14 fluchten miteinander und erstrecken sich parallel zu der Linearbewegungsachse der ersten und zweiten Linearbewegungseinheit 6, 7. Das Lager 13 und das Gegenlager 15 sind komplementär zu einem ersten axialen Aufspannende 16 bzw. einem davon axial beabstandeten zweiten axialen Aufspannende 17 ausgebildet, so daß das Bearbeitungswerkzeug 18, das bei der dargestellten Ausführungsform ein Wälzfräser ist, mit seinen axialen Aufspannenden 16, 17 an dem Lager 13 bzw. dem Gegenlager 15 derart aufspannbar ist, daß seine Rotationsachse mit der ersten und zweiten Drehachse 14, 15 fluchtet.
Zum Aufspannen wird das Bearbeitungswerkzeug, beispielsweise durch einen automatischen Werkzeugwechsler, in eine Aufspannposition überführt, in der seine Rotationsachse mit der ersten und zweiten Drehachse 12, 14 fluchtet. Um dies zu ermöglichen, werden die zweite und dritte Kupplungseinheit in ihren Trennzustand geschaltet, wodurch die Bewegbarkeit der ersten und zweiten Linearbewegungseinheit 6, 7 freigegeben wird. In diesem Zustand wird bei in ihren Verbindungszustand geschalteter erster Kupplungseinheit die zweite Linearbewegungseinheit 7 durch eine entsprechende Ansteuerung des Antriebsmotors 8 der dadurch hervorgerufenen Bewegung der ersten Linearbewegungseinheit 6 folgend in eine vorgegebene zweite Ausgangsposition bewegt, in der zwischen dem Gegenlager 15 und dem ihm zugewandten Aufspannende 17 des sich in seiner Aufspannposition befindenden Bearbeitungswerkzeugs 18 ein axialer Abstand eingehalten wird. Sodann wird bei in ihren Trennzustand geschalteter erster Kupplungseinheit und in ihren Verbindungszustand geschalteter zweiter Kupplungseinheit die erste Linearbewegungseinheit 6 durch eine entsprechende Ansteuerung des Antriebsmotors 8 in eine vorgegebene erste Ausgangsposition bewegt, in der zwischen dem Lager 13 und dem ihm zugewandten axialen Aufspannende 16 ein Abstand eingehalten wird, der in dem dargestellten Ausführungsbeispiel die gleiche Größe hat wie der zwischen dem Gegenlager 15 und dem ihm zugewandten axialen Aufspannende 17 eingestellte axiale Abstand. In diesem Zustand wird das Bearbeitungswerkzeug 18 in seine Aufspannposition überführt. Dann wird bei in ihren Trennzustand geschalteter zweiter und dritter Kupplungseinheit und in ihren Verbindungszustand geschalteter erster Kupplungseinheit die zweite Linearbewegungseinheit 7 durch eine entsprechende Bewegung der ersten Linearbewegungseinheit 6 in Richtung auf das Bearbeitungswerkzeug 18 bewegt, bis dessen zweites axiales Aufspannende 17 vollständig an dem Gegenlager 15 aufgespannt ist. Anschließend wird bei in ihren Verbindungszustand geschalteter zweiter Kupplungseinheit und jeweils in ihren Trennzustand geschalteter erster und dritter Kupplungseinheit die erste Linearbewegungseinheit 6 durch eine geeignete Ansteuerung des Antriebsmotors 18 in Richtung auf das dem Lager 13 zugewandte erste axiale Aufspannende 16 bewegt, bis letzteres auf dem Lager 13 aufgespannt ist. In diesem Zustand wird die dritte Kupplungseinheit in ihren Verbindungszustand geschaltet. Als Ergebnis dieses Vorgangs ist das Bearbeitungswerkzeug 18 auf dem Lager 13 und dem Gegenlager 15 aufgespannt und die erste und zweite Linearbewegungseinheit 6, 7 gegenüber dem Träger 1 unbewegbar geklemmt. Sofern ein Bearbeitungsvorgang stattfinden soll, bei dem das Bearbeitungswerkzeug 18 längs der Linearbewegungsachse eine Bewegung ausführt, wie es beispielsweise beim Shiften und Diagonalfräsen der Fall ist, wird die Klemmkraft der zweiten und dritten Kupplungseinheit so weit herabgesetzt, daß eine spielfreie Bewegungsführung stattfindet.
Für einen Wechsel des aufgespannten Bearbeitungswerkzeugs wird die erste Linearbewegungseinheit 6 bei in ihren Verbindungszustand geschalteter zweiter Kupplungseinheit und jeweils in ihren Trennzustand geschalteter erster und dritter Kupplungseinheit durch eine entsprechende Ansteuerung des Antriebsmotors 8 in eine Position bewegt, in der zwischen dem Lager 13 und dem ihm zugewandten ersten Aufspannende 16 ein axialer Abstand besteht, welcher der Summe der axialen Abstände entspricht, die zu Beginn des vorstehend erläuterten Aufspannvorgangs in den beiden Ausgangspositionen der beiden Linearbewegungseinheiten 6, 7 zwischen dem Lager 13 und dem ersten Aufspannende 16 sowie zwischen dem Gegenlager 15 und dem Aufspannende 17 vorhanden waren. Sodann wird bei in ihren Verbindungszustand geschalteter erster Kupplungseinheit und jeweils in ihren Trennzustand geschalteter zweiter und dritter Kupplungseinheit die erste Linearbewegungseinheit 6 durch entsprechende Ansteuerung des Antriebsmotors 8 in ihre erste Ausgangsposition und die zweite Linearbewegungseinheit 7 der Bewegung der ersten Linearbewegungseinheit 6 folgend in die zweite Ausgangsposition bewegt. Zwischen den axialen Aufspannenden 16, 17 und dem ihnen zugewandten Lager 13 bzw. Gegenlager 15 liegen dann die Abstände vor, die zu Beginn des vorstehend erläuterten Aufspannvorgangs vorhanden sind. Das Bearbeitungswerkzeug kann sodann in einer zur Linearbewegungsachse orthogonalen Richtung entnommen werden.
Die vorstehend genannten Ausgangspositionen, welche die erste und zweite Linearbewegungseinheit 6, 7 zu Beginn des vorstehend erläuterten Aufspannvorgangs einnehmen, sind derart bemessen, daß das Bearbeitungswerkzeug 8 größter axialer Länge noch in seine Aufspannposition zwischen dem Lager 13 und dem Gegenlager 15 eingebracht werden kann. In diesem Fall können die vorstehend genannten Abstände so klein sein, daß sie lediglich ein für das Einbringen dienliches axiales Spiel zur Verfügung stellen.
In dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist das Lager 13 an einem zu dem Bearbeitungswerkzeug 18 weisenden axialen Endbereich einer um die erste Drehachse 12 drehend antreibbaren Spindel und das Gegenlager 15 an einem zu dem Bearbeitungswerkzeug 18 weisenden axialen Endbereich einer um die zweite Drehachse 14 drehend antreibbaren Gegenspindel ausgebildet. Der Antrieb der Spindel erfolgt durch einen ersten Direktantrieb 19. Der Antrieb der Gegenspindel erfolgt durch einen zweiten Direktantrieb 20.
Statt einer solchen zweiseitigen Antriebseinrichtung mit zwei getrennten Direktantrieben 19, 20 für die Spindel bzw. Gegenspindel kann in einer abgewandelten Ausführungsform eine einseitige Antriebseinrichtung vorgesehen sein, die lediglich den Direktantrieb 19 für die mit dem Lager 13 versehene Spindel aufweist. In diesem Fall ist das Gegenlager 15 an der zweiten Linearbewegungseinheit 7 lediglich freilaufend abgestützt und weist keinen eigenen Antrieb auf.
Ferner können in einer weiter abgewandelten Ausführungsform anstelle des oder der Direktantriebe Getriebemotore, deren Getriebe beispielsweise Planetensätze aufweisen, vorgesehen sein.
In dem Lager 13 und dem Gegenlager 15 sind Kühlmittelpassagen ausgebildet, die jeweils in eine in dem aufgespannten Bearbeitungswerkzeug 18 ausgebildete Kühlmittelpassage münden. Die Kühlmittelpassage des Lagers 13, des aufgespannten Bearbeitungswerkzeugs 18 und des Gegenlagers 15 bilden dadurch einen Abschnitt eines geschlossenen Kühlmittelkreislaufs, in dem ein Kühlmittel, beispielsweise Luft, Öl, Ölemulsion, Öl-Luft oder eine wäßrige Lösung eines Kühlmittels, an dem Lager 13 oder dem Gegenlager 15 zugeführt wird, von dort durch das Bearbeitungswerkzeug 18 strömt und an dem Gegenlager 15 bzw. Lager 13 zur Rückführung im Kreislauf abgeführt wird.
Alternativ kann die Kühlmittelpassage des Bearbeitungswerkzeugs 18 mindestens eine frei ausmündende Öffnung, vorzugsweise mehrere radial ausmündende Öffnungen, aufweisen, aus denen das Kühlmittel frei ausströmt. Dadurch kann es sich in einem offenen Kühlkreislauf über ein mit dem Bearbeitungswerkzeug 18 in Bearbeitungseingriff stehendes Werkstück ergießen und der Kühlung und Schmierung des Bearbeitungsprozesses dienen.
Der Träger 1 ist an seiner den Linearbewegungseinheiten 6, 7 abgewandten Seite drehbar auf einer weiteren Linearbewegungseinheit 21 abgestützt. Deren weitere Linearbewegungsachse verläuft beispielsweise vertikal über einem Maschinenbett einer Wälzfräsmaschine. Die Drehachse des Trägers 1 erstreckt sich orthogonal zu der Linearbewegungsachse der ersten und zweiten Linearbewegungseinheit 6, 7 sowie orthogonal zu der weiteren Linearbewegungsachse 22. Vorzugsweise schneidet die Drehachse die Rotationsachse des aufgespannten Bearbeitungswerkzeugs 18.
Bezugszeichenliste

1: Träger
2: Grundfläche
3: Deckfläche
4,5: Linearführungen
6: erste Linearbewegungseinheit
7: zweite Linearbewegungseinheit
8: Antriebsmotor
9: Stange
10: Endabschnitt
11: Lagerbock
12: erste Drehachse
13: Lager
14: zweite Drehachse
15: Gegenlager
16, 17: axiale Aufspannenden
18: Bearbeitungswerkzeug
19: erster Direktantrieb
20: zweiter Direktantrieb
21: weitere Linearbewegungseinheit
22: weitere Linearbewegungsachse

Claims

Anordnung zum Aufspannen eines eine Rotationsachse, ein erstes axiales Aufspannende (16) und ein davon axial beabstandetes zweites axiales Aufspannende (17) aufweisenden Bearbeitungswerkzeugs (18) in einer Werkzeugmaschine, mit einem eine erste Drehachse (12) aufweisenden Lager (13), an dem das erste Aufspannende (16) aufspannbar ist, einem eine mit der ersten Drehachse (12) fluchtende zweite Drehachse (14) aufweisenden Gegenlager (15), an dem das zweite Aufspannende (17) aufspannbar ist, einer Antriebseinrichtung, durch die das Lager (13) um seine Drehachse (12) drehend antreibbar ist, einer längs einer zu den miteinander fluchtenden Drehachsen (12, 14) parallelen Linearbewegungsachse an einem Träger (1) bewegbar geführten ersten (6) und zweiten (7) Linearbewegungseinheit, deren erste (6) längs eines zu der Linearbewegungsachse parallelen ersten Bewegungswegs antreibbar ist und das Lager (13) aufweist und deren zweite (7) längs eines zu der Linearbewegungsachse parallelen zweiten Bewegungswegs antreibbar ist und das Gegenlager (15) aufweist, und einer von einem gesteuerten Antriebsmotor (8) antreibbaren ersten Leistungsübertragungseinrichtung zum Antrieb der ersten Linearbewegungseinheit (6) längs ihres ersten Bewegungsweges, dadurch gekennzeichnet, daß eine von dem Antriebsmotor (8) antreibbare zweite Leistungsübertragungseinrichtung zum Antrieb der zweiten Linearbewegungseinheit (7) längs ihres zweiten Bewegungsweges vorgesehen ist.
Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine der beiden Leistungsübertragungseinheiten eine schaltbare Kupplung aufweist, durch die eine Antriebsverbindung zu der von dieser Leistungsübertragungseinrichtung antreibbaren Linearbewegungseinheit (6, 7) herstellbar und unterbrechbar ist.
Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Leistungsübertragungseinheit eine einen durch die Bewegung der ersten Linearbewegungseinheit (6) längs ihres ersten Bewegungswegs angetriebenen Antriebsabschnitt, einen Abtriebsabschnitt (10) und einen den Antriebsabschnitt mit dem Abtriebsabschnitt (10) bewegungsmäßig koppelnden Übertragungsabschnitt aufweisende Bewegungsübertragungseinheit aufweist sowie eine zwischen einem Verbindungszustand und einem Trennzustand schaltbare erste Kupplungseinheit, in deren Verbindungszustand die zweite Linearbewegungseinheit (7) mit dem Abtriebsabschnitt (10) für ihren Antrieb längs ihres zweiten Bewegungswegs bewegungsmäßig gekoppelt und in deren Trennzustand die zweite Linearbewegungseinheit (7) von dem Abtriebsabschnitt (10) abgekoppelt ist.
Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine zweite Kupplungseinheit vorgesehen ist, die gegenläufig zu der ersten Kupplungseinheit zwischen einem Verbindungszustand, in dem die Bewegbarkeit der zweiten Linearbewegungseinheit (7) gegenüber dem Träger (1) blockiert ist, und einem Trennzustand, in dem die Bewegbarkeit der zweiten Linearbewegungseinheit (7) gegenüber dem Träger (1) freigegeben ist, schaltbar ist.
Anordnung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine zwischen einem Verbindungszustand und einem Trennzustand schaltbare dritte Kupplungseinheit vorgesehen ist, in deren Verbindungszustand die Bewegbarkeit der ersten Linearbewegungseinheit (6) gegenüber dem Träger (1) blockiert ist und in deren Trennzustand die Bewegbarkeit der ersten Linearbewegungseinheit (6) gegenüber dem Träger (1) freigegeben ist.
Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Antriebsabschnitt und der Abtriebsabschnitt (10) axial voneinander beabstandete Abschnitte einer sich mit ihrer Längsachse parallel zur Linearbewegungsachse erstreckenden starren Stange (9) und der Übertragungsabschnitt der zwischen den voneinander beabstandeten Abschnitten begrenzte Abschnitt der Stange (9) sind.
Anordnung nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Kupplungseinheit eine zwischen dem Abtriebsabschnitt (10) der Bewegungsübertragungseinheit und der zweiten Linearbewegungseinheit (7) wirksame Klemmeinheit aufweist, durch die im Verbindungszustand eine die Kopplung bewirkende Klemmverbindung zwischen dem Abtriebsabschnitt (10) und der zweiten Linearbewegungseinheit (7) herstellbar ist.
Anordnung nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite und die dritte Kupplungseinheit je eine zwischen dem Träger (1) und der zweiten (7) bzw. ersten (6) Linearbewegungseinheit wirksame Klemmeinheit aufweist, durch die im Verbindungszustand eine die Blockierung bewirkende Klemmverbindung zwischen dem Träger (1) und der zweiten (7) bzw. ersten (6) Linearbewegungseinheit herstellbar ist.
Anordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Wert der Klemmkraft der Klemmeinheiten steuerbar ist.
Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Träger (1) zwei sich parallel zur Linearbewegungsachse und in einem dazu orthogonalen gegenseitigen Abstand erstreckende Linearführungen (4, 5), insbesondere Gleitführungen, aufweist, an denen die erste (6) und die zweite (7) Linearbewegungseinheit geführt sind.
Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Lager (13) an einer von der Antriebseinrichtung drehend antreibbaren Spindel und das Gegenlager (15) freilaufend ausgebildet ist.
Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Lager (13) und das Gegenlager (15) an einer von der Antriebseinrichtung jeweils drehend antreibbaren Spindel bzw. Gegenspindel ausgebildet ist.
Anordnung nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebseinrichtung für mindestens eine drehend antreibbare Spindel bzw. Gegenspindel einen Direktantrieb aufweist.
Anordnung nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebseinrichtung für mindestens eine drehend antreibbare Spindel bzw. Gegenspindel ein der Übertragung der Antriebsenergie dienendes Getriebe aufweist.
Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Lager (13) und dem Gegenlager (15) je eine Kühlmittelpassage ausgebildet ist, die durch die Aufspannung des Bearbeitungswerkzeugs (18) an eine darin ausgebildete Kühlmittelpassage anschließbar ist.
Anordnung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlmittelpassage des Lagers (13), die daran angeschlossene Kühlmittelpassage des aufgespannten Bearbeitungswerkzeugs (18) und die daran angeschlossene Kühlmittelpassage des Gegenlagers (15) einen Abschnitt eines geschlossenen Kühlmittelkreislaufs bilden.
Anordnung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß das Kühlmittel in einem offenen Kühlkreislauf den Kühlmittelpassagen des Lagers (13) und des Gegenlagers (15) zuführbar und an einer frei ausmündenden Öffnung der Kühlmittelpassage des aufgespannten Bearbeitungswerkzeugs (18) abführbar ist.
Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß der Träger (1) an einer eine weitere Linearbewegungsachse (22) aufweisenden weiteren Linearbewegungseinheit (21) um eine zu der weiteren Linearbewegungsachse (22) und zur Linearbewegungsachse der ersten und zweiten Linearbewegungseinheit (6, 7) orthogonale Drehachse drehbar gelagert ist.
Anordnung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Werkzeugmaschine eine Wälzfräsmaschine und die weitere Linearbewegungsachse (22) deren vertikale Bewegungsachse ist.