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Die
Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung von Werkstücken aus
einem stangenartigen Rohmaterial sowie auf eine Vorrichtung zur
Durchführung
des Verfahrens und ein Bohrwerkzeug für die Vorrichtung.
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Bei
der Herstellung von Werkstücken
aus Rohmaterialien, insbesondere aus stangenartigen Rohmaterialien,
kommen in großem
Umfang computergesteuerte (CNC) Werkzeugmaschinen zum Einsatz. Insbesondere
bei der Verwendung von stangenartigen Rohmaterialien wird hierbei
häufig
eine Vielzahl von einzelnen, gleichartigen Werkstücken aus
einem einzigen Stangenrohling gefertigt. Damit diese Fertigung durchgeführt werden
kann, muss zwischen der Herstellung der einzelnen Werkstücke ein
Vorschub des Stangenrohlings stattfinden. Dieser Vorschub muss vorzugsweise
präzise
bis zu einer bestimmten Position erfolgen, in der der Rohling dann
mittels Klemmeinrichtungen unverschieblich fixiert wird, bevor mittels
der Bearbeitungswerkzeuge der CNC-Maschine die Abtrennung und Bearbeitung eines
Rohlingteils zur Herstellung des Werkstücks erfolgt.
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Insbesondere
die Maßhaltigkeit
der Positionierung ist hierbei von erheblicher Bedeutung für die Wirtschaftlichkeit
der Herstellung. Bei ungenauer Positionierung besteht die Gefahr
von erheblichen Ausschussmengen, die eine wirtschaftliche Produktion verhindern.
Daher muss bei einem ungenauen Vorschub die in Vorschubrichtung
vorne liegende Seite in einem eigenen Bearbeitungsschritt bis zur
Maßhaltigkeit
von einem Sicherheitsüberstand
abgetragen werden, um Rückläufer durch Überschreitung
der Toleranzen zu vermeiden. Durch den zusätzlichen Arbeitsschritt wird
die Fertigungsleistung der Maschine reduziert, und durch den Mehrverbrauch
an Material für
den Sicherheitsüberstand
der Bedarf an Rohmaterial erhöht.
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Darüber hinaus
ergibt sich das Problem, dass das bearbeitete Werkstück aus der
Klemmeinrichtung entfernt werden muss, um das stangenartige Rohmaterial
in die Klemmeinrichtung einschieben zu können.
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Die
DE 101 45 674 schlägt zur Lösung dieses
Problems vor, entweder eine separate Vorschubeinrichtung vorzusehen
oder einen Werkstückhalter mittels
einer Antriebseinrichtung verschiebbar auszuführen, so dass mit dem Werkstückhalter
der Vorschub des Stangenmaterials durchgeführt werden kann. Nachteilig
ist dabei, dass entweder eine komplette Zusatzeinheit vorgesehen
werden muss, oder zumindest ein Werkstückhalter mit einem zusätzlichen
Antrieb sowie entsprechenden Steuerungskomponenten ausgestattet
werden muss. Dadurch erhöhen
sich die Kosten für
die Bearbeitungsmaschine erheblich.
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Die
US 4 321 845 zeigt eine
Drehmaschine mit einem Spannfutter und einem Werkzeugrevolver, welcher
eine Greifeinrichtung aufweist, die zum Ergreifen des Stangenmaterials,
welches mittels der Drehmaschine bearbeitet wird, ausgebildet ist.
Dabei ist der Werkzeugkopf dazu ausgebildet, das Stangenmaterial
mittels der Greifeinrichtung zu verschieben und zu positionieren.
Zur Positionierung und anschließenden
Bearbeitung des Stangenmaterials ist somit ein Werkzeugwechsel bzw.
ein Drehen des Werkzeugkopfes von einer Greif- in eine Bearbeitungsposition
notwendig.
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Die
FR 2 368 336 zeigt einen
Bohrer, der entlang seiner Rotationsachse abgefedert ist.
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Es
besteht daher der Bedarf, eine einfache und kostengünstige Lösung für eine Vorschubeinrichtung
bzw. ein Vorschubverfahren zur Verfügung zu stellen, dass eine
hohe Maßhaltigkeit
ermöglicht, ohne
die Bearbeitung durch die Notwendigkeit aufwendiger Zusatzbearbeitungen
zu verzögern
und die Komplexität
und die Kosten der Werkzeugmaschine erheblich zu erhöhen. Vorzugsweise
soll dabei auch eine einfache Entfernung des fertiggestellten Werkstücks aus
der Klemmeinrichtung ermöglicht
werden.
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Die
Lösung
dieser Aufgabe gelingt mit dem Verfahren nach Anspruch 1 und der
Vorrichtung nach Anspruch 6. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich
aus den Unteransprüchen.
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Zur
Durchführung
des erfindungsgemäßen Verfahrens
zur Herstellung von Werkstücken
aus einem stangenartigen Rohmaterial wird zunächst ein Stangenrohling in
eine vorbestimmte Klemmposition eingebracht, beispielsweise durch
Vorschieben. Dabei kann bereits die weiter unten beschriebene Vorschubtechnik
zum Einsatz kommen, dies ist aber für das erste Einschieben des
Stangenrohlings nicht zwingend.
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Nach
dem Erreichen der Klemmposition wird der Stangenrohling durch die
Klemmeinrichtungen fixiert, und ein vorderer Stangenteil zu Herstellung
des Werkstücks
durch ein Bearbeitungswerkzeug, das in einem computergesteuerten
einer Maschinenspindel eingespannt ist, abgetrennt. Im Folgenden
wird in an sich bekannter Art und Weise aus dem vorderen Stangenteil
durch Bearbeitung mit Bearbeitungswerkzeugen das Werkstück gefertigt.
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Für den nun
notwendigen Vorschub des hinteren Stangenteils kann nun vorteilhaft
die Maschinenspindel der Bearbeitungsmaschine genutzt werden. Hierzu
kann im Anschluss an die eigentliche Fertigung des Werkstücks in der
Maschinenspindel ein Bearbeitungswerkzeug zum Herstellen einer Vertiefung
oder Öffnung
im hinteren Stangenteil eingespannt werden. Mit diesem Werkzeug
wird eine Vertiefung oder Öffnung
in der Oberseite des hinteren Stangenteils erzeugt. Diese Vertiefung
oder Öffnung kann
dabei unterschiedlich ausgebildet sein. Es kann sich dabei beispielsweise
um ein Bohrloch handeln, das das Stangenteil ganz oder teilweise
durchsetzt. Es ist aber auch möglich,
eine kegelförmige
oder andersartige Öffnung
in der Oberseite zu erzeugen. Anschließend wird die Rotation der
Maschinenspindel gestoppt, so dass das Bearbeitungswerkzeug still steht.
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Da
der hintere Stangenteil während
dieses Bearbeitungsschrittes noch eingespannt ist, ist die erzeugte Öffnung oder
Vertiefung um ein genau vorbestimmtes Maß von der Vorderkante des hinteren Stangenteils,
die ihrerseits mittels Trennen durch das Bearbeitungswerkzeug erzeugt
wurde, entfernt. In diese Öffnung
oder Vertiefung, die sich in einem genau definierten Abstand zur
Vorderkante des hinteren Stangenteils befindet, wird nun ein Bearbeitungswerkzeug
abgesenkt, das sich in der Maschinenspindel befindet. Anschließend werden
die Klemmeinrichtungen geöffnet
bzw. gelöst.
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Indem
nun die Maschinenspindel in Vorschubrichtung verfahren wird, wird über den
Formschluss zwischen dem Bearbeitungswerkzeug und dem hinteren Stangenteil
dieser in Vorschubrichtung verschoben und kann so an seiner vorbestimmten Klemmposition
positioniert werden. Durch Schließen der Klemmeinrichtungen
wird der hintere Stangenteil in exakter Position festgelegt. Anschließend kann mittels
der Bearbeitungswerkzeuge ein Teil abgetrennt und ein weiteres Werkstück gefertigt
werden.
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In
einer alternativen Erfindungsausbildung kann anstelle des Bearbeitungswerkzeugs
auch ein Greifwerkzeug zum Einsatz kommen, das in die Maschinenspindel
eingespannt wird. Bei dieser Erfindungsausbildung kann die Erzeugung
einer Öffnung oder
Vertiefung unterbleiben. Stattdessen muss ein Werkzeugwechsel im
Anschluss an die Bearbeitung des Werkstücks durchgeführt werden,
bei dem das besagte Greifwerkzeug in die Maschinenspindel eingespannt
wird. Analog zur oben beschriebenen Erfindungsausbildung wird dann
die stehende Maschinenspindel abgesenkt, und mittels des Greifwerkzeuges
der hintere Stangenteil ergriffen. Über den so erzeugten Kraftschluss
kann nach anschließender Öffnung der
Klemmeinrichtungen mittels Verfahren der Maschinenspindel in Vorschubrichtung
der notwendige Vorschub erzeugt und nach Erreichen der Klemmposition
und Schließen
der Klemmeinrichtungen ein weiteres Werkstück erzeugt werden.
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In
einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung kann der Vorschub
des hinteren Stangenteils dazu genutzt werden, das fertige Werkstück aus der in
Vorschubrichtung vorne gelegenen Klemmeinrichtung weiterzutransportieren.
Dazu wird der hintere Stangenteil mittels der Maschinenspindel gegen
das in der Klemmeinrichtung befindliche Werkstück geschoben, so dass mit dem
weiteren Vorschub des hinteren Stangenteils das Werkstück ebenfalls
in Vorschubrichtung verschoben wird. Damit eine vollständige Entfernung
des Werkstücks
aus der Klemmeinrichtung gewährleistet
ist, kann der hintere Stangenteil über seine vorbestimmte Klemmposition
hinaus verschoben werden, bis das Werkstück vollständig auf einer Abtransportvorrichtung,
beispielsweise ein Förderband,
angelangt ist. Bei Bedarf wird dann anschließend die Maschinenspindel gegen
die Vorschubrichtung verfahren, bis sich der hintere Stangenteil
wieder in seiner Klemmposition befindet.
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Zur
Erhöhung
der Maßhaltigkeit
kann bei einer vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens
der Anpressdruck durch die Maschinenspindel vor dem Einspannen in
den Klemmeinrichtungen erhöht
werden. Dazu wird die Maschinenspindel nach dem Verschiebevorgang
bei noch geöffneten
Klemmeinrichtungen ein kleines Stück weiter nach unten gefahren,
um so das hintere Stangenteil vor dem Schließen der Klemmeinrichtungen
fest auf den Untergrund zu pressen und so ein Verschieben des hinteren
Stangenteils während
des Klemmvorgangs, das die Maßhaltigkeit
der fertigen Werkstücke negativ
beeinflussen würde,
zu verhindern.
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Zur
Durchführung
des erfindungsgemäßen Verfahrens
kann vorteilhaft ein Bohrwerkzeug eingesetzt werden, das entlang
seiner Längsachse
mittels einer Federvorrichtung abgefedert ist. Dies bedeutet, dass
der Bohrer des Bohrwerkzeuges bei Einwirkung einer Druckkraft entlang
seiner Rotationsachse in Richtung der Rotationsachse über einen
begrenzten Verschiebeweg verfügt,
wobei über
die Federvorrichtung eine der Druckkraft entgegengerichtete Vorspannung
auf den Bohrer aufgebracht wird. Vorteilhaft ist diese Vorspannung
einstellbar ausgeführt,
so dass die maximale Vorspannungskraft je nach konkreten Anforderungen
einstellbar ist. Bei einfacheren Anwendungen kann aber auch ein
Bohrwerkzeug mit nicht veränderlicher
Vorspannungskraft eingesetzt werden. Als Federvorrichtung kann hierbei
eine Vielzahl von unterschiedlichen Ausführungsformen zum Einsatz kommen.
So ist es beispielsweise denkbar, eine übliche Spiralfeder zu verwenden,
aber auch die Verwendung von Gummifedern, Federscheiben oder ähnlichem
ist möglich.
Auch die Nutzung eines Druckluftzylinders, in dem die eingeschlossene
Luft als Feder wirkt, ist ebenso denkbar. Vorteilhaft ist dabei
der Hub, den das abgefederte Bohrwerkzeug ausüben kann, durch einen oberen
und einen unteren Anschlag begrenzt. Zusätzlich verfügt das Bohrwerkzeug über eine
Verdrehsicherung, die beispielsweise mit einem seitlich eingreifenden
Stift, über
eine mehrkantige Querschnittsform im oberen Bereich oder andere
komplementäre
Oberflächenformen
im oberen Bohrerbereich und dem Werkzeughalter, die zu einem Formschluss
führen,
ausgeführt
sein kann.
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Durch
die Nutzung des abgefederten, vorgespannten Bohrwerkzeugs kann insbesondere
die Erhöhung
des Anpressdrucks vor dem Schließen der Klemmeinrichtung mit
einer Anpresskraft ausgeführt werden,
die mittels Verschiebeweg, Vorspannung und Federkonstante der Federvorrichtung
eindeutig festgelegt ist, und die durch minimale Abweichungen in
der Höhenanordnung
des hinteren Stangenteils, die beispielsweise durch geringste Abweichungen des
Untergrunds möglich
sind, nicht wesentlich beeinflusst werden. Bei Nutzung eines starren
Bohrwerkzeugs zur Erzeugung des Anpressdrucks besteht dagegen aufgrund
der hohen Steifigkeit, also dem großen Elastizitätsmodul,
der beteiligten Komponenten die Gefahr, schon durch derartige geringe Abweichungen
große
Schwankungen in der Druckkraft zu erhalten, die im Extremfall zu
Beschädigungen
am Bohrwerkzeug und/oder der Maschine führen können.
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Insbesondere
eignet sich ein abgefederter Zentrierbohrer als Bohrwerkzeug für das erfindungsgemäße Verfahren.
Indem mittels des Zentrierbohrers eine kegelförmige Vertiefung erzeugt wird,
ist ein Punkt, nämlich
die Kegelspitze, mit höchster
Maßhaltigkeit
auf dem hinteren Stangenteil bekannt. Vorteilhaft kann nun der gleiche
Zentrierbohrer in die kegelförmige
Vertiefung eingepresst werden. Da der Winkel der Zentrierbohrerspitze
notwendigerweise exakt mit dem Kegelwinkel der Vertiefung übereinstimmt, führt dies
zu einer exakten Positionierung des hinteren Stangenteils unter
der Maschinenspindel, die aufgrund der Kegelform der Vertiefung
selbst zentrierend ist.
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Weitere
Vorteile, Merkmale, Merkmalskombinationen und Eigenschaften der
Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform
sowie aus den Figuren. Diese zeigen in:
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1 die
Klemmeinrichtungen vor Einspannen des stangenartigen Rohmaterials
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2 die
Klemmeinrichtungen mit eingespanntem Rohmaterial
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3 die
Klemmeinrichtungen mit abgetrenntem und bearbeitetem Werkstück sowie
hinterem Stangenteil
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4 die
Maschinenspindel mit abgefedertem Zentrierbohrer beim Erzeugen der
Vertiefung
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5 die
Maschinenspindel beim Verschieben des hinteren Stangenteil
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6 die
Maschinenspindel beim positionieren des hinteren Stangenteils in
der vorbestimmten Klemmposition
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7 den
hinteren Stangenteil eingespannt in der vorbestimmten Klemmposition
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8 den
abgefederten Zentrierbohrer in Detaildarstellung
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1 zeigt
den Klemmbereich 1 einer computergesteuerten Bearbeitungsmaschine
zur Durchführung
des erfindungsgemäßen Verfahrens.
Es sind 2 getrennte Klemmeinrichtungen 2, 3 vorhanden,
die als Schraubstöcke 2, 3,
mit den Klemmblöcken 4 ausgebildet
sind. In 2 ist ein stangenartiges Rohmaterial 5 in
die Schraubstöcke 2, 3 eingelegt.
Die Schraubstöcke 2, 3 sind
geschlossen, so dass die Klemmblöcke 4 das
stangenartige Rohmaterial 5 in seiner vorbestimmten Klemmposition
festlegen.
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3 zeigt
den Klemmbereich 1 nach der Abtrennung und Bearbeitung
des vorderen Stangenteils zum Werkstück 6, das sich im
vorderen Schraubstock 2 befindet. Der hintere Stangenteil 7 verbleibt
im Schraubstock 3. In 4 wird mittels
der Maschinenspindel 8, in der der abgefederte Zentrierbohrer 9 eingespannt
ist, eine Vertiefung 10 im hinteren Stangenteil erzeugt.
Die Schraubstöcke 2, 3 sind noch
geschlossen, so dass das Werkstück 6 und
der hintere Stangenteil 7 in ihrer Position eindeutig festgelegt
sind. Nach Erzeugung der Vertiefung 10 wird die Rotation
der Maschinenspindel 8 gestoppt und der abgefederte Zentrierbohrer 9 in
die eben erzeugte Vertiefung hinein gefahren. Anschließend werden die
Schraubstöcke 2, 3 geöffnet, um
den Vorschub des hinteren Stangenteils 7 zu ermöglichen.
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Durch
das Verfahren der Maschinenspindel 8 in Vorschubrichtung
ist in 5 das hintere Stangenteil 7 durch den
vorderen Schraubstock 2 hindurchgeschoben. Das Werkstück 6 ist
durch das hintere Stangenteil 7 aus dem Schraubstock 2 heraus auf
eine Abtransportvorrichtung (nicht dargestellt) geschoben. Die Vorderkante
des hinteren Stangenteils 7 ist über die Schraubstock 2 hinaus
geschoben.
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Durch
weiteres Verfahren der Maschinenspindel 8 gegen die Vorschubrichtung
ist in 6 die Vorderkante des hinteren Stangenteils 7 wieder
in den Schraubstock 2 hinein verschoben. Die Maschinenspindel 8 wird
weiter abgesenkt, so dass der hintere Stangenteil 7 über den
abgefederten Zentrierbohrer 9 fest auf den Unterteil der
Schraubstöcke 2, 3 gepresst
wird, damit beim Einspannen mittels der Klemmblöcke 4 ein Verschieben
des hinteren Stangenteils wirksam verhindert wird.
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7 zeigt
den hinteren Stangenteil fest eingespannt in der vorbestimmten Klemmposition.
Zwischen den Schraubstöcken 2, 3 kann
auf der Oberseite des Stangenmaterials die kegelförmige Vertiefung,
die durch den Zentrierbohrer erzeugt ist, erkannt werden. Der Herstellungszyklus,
der ab 2 dargestellt ist, kann nun zur Herstellung eines
weiteren Werkstücks 6 erneut
durchgeführt
werden.
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Der
abgefederte Zentrierbohrer weist gemäß 8 einen
Werkzeughalter 11 auf, der zum Einspannen in die Maschinenspindel 8 ausgebildet
ist. Entlang der Rotationsachse A weist der Werkzeughalter eine Öffnung auf,
in der im unteren Bereich der Zentrierbohrer 17 befestigt
ist. Oberhalb des Zentrierbohrers 17 ist die Federvorrichtung 13 angeordnet,
die an ihrem oberen Ende an einem Anschlag anliegt. Vorteilhaft
kann dieser Anschlag durch einen Gewindestift 12 gebildet
werden. Durch ein- oder ausschrauben des Gewindestift 12 kann
der Abstand des Anschlags von der Oberseite des Zentrierbohrers
eingestellt werden, und somit die Vorspannung, die durch die Federvorrichtung 13 auf
den Zentrierbohrer aufgebracht wird, reguliert werden. Alternativ ist
es grundsätzlich
ebenso möglich,
einen festen Anschlag zu nutzen, der beispielsweise durch eine Anschlagschulter
gebildet werden könnte.
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Seitlich
weist der Zentrierbohrer 17 eine Ausnehmung 16 auf,
die über
einen oberen Anschlag 14 und einen unteren Anschlag 18 den
maximalen Hub des abgefederten Zentrierbohrers über den Gewindestift 15,
der in die Ausnehmung 16 eingreift, beschränkt. Somit
kann der Zentrierbohrer maximal bis zum Anliegen des unteren Anschlags 18 am
Gewindestift 15 in den Werkzeughalter eingeschoben werden.
Gleichzeitig verhindert die Ausnehmung 16 in Verbindung
mit dem eingreifenden Gewindestift 15 durch Formschluss
eine Verdrehung des Zentrierbohrers im Werkzeughalter. Dadurch eignet
sich der Zentrierbohrer grundsätzlich
auch zur Nutzung als üblicher
Zentrierbohrer bei der Bearbeitung des Werkstücks, so dass bei entsprechender
Taktung bzw. Programmierung der computergesteuerten Maschine ein
Werkzeugwechsel eingespart werden kann.