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Die Erfindung betrifft ein Aggregat oder Werkzeug für ein CNC-Bearbeitungszentrum mit wenigstens einer Spindel, die mit einem Mehrachssystem die Bearbeitung von Werkstücken ermöglicht, wobei das Aggregat oder Werkzeug mit einem Werkzeugwechsler für die Spindel in Wirkverbindung steht.
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Aus dem Stand der Technik ist es bei einem CNC-Bearbeitungszentrum bekannt, dass das zu bearbeitende Werkstück mit unterschiedlichen Werkzeugen, wie Bohrer oder Fräser, bearbeitet wird. Die einzelnen Werkzeuge werden hierbei in dem Bearbeitungszentrum in einem als Werkzeugwechsler ausgebildeten Werkzeughalter vorgehalten, die entsprechend der programmierten Arbeitsvorgänge an dem Werkstück von einer an einem Mehrachssystem angeordneten Spindel aufgenommen werden. In diesem Werkzeugwechsler befinden sich beispielsweise auf einem Rad angeordnet die entsprechenden Bohrer und Fräser, die zur Bearbeitung des Werkstücks in dem Bearbeitungszentrum benötigt werden.
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Derartige nach dem Stand der Technik bekannten CNC-Bearbeitungszentren sind vornehmlich auf die drehenden Werkzeuge beschränkt, wobei dies vornehmlich Bohrer und Fräser betrifft. Diese werden dann unmittelbar an die Spindel des CNC Bearbeitungszentrums angesetzt, was die Bearbeitungsvielfalt an einem Werkstück einschränkt, wenn beispielweise Werkstücke bearbeitet werden sollen, die eine schnelle und präzise Bearbeitung unter Einsatz möglichst geringer bewegter Massen erfordern.
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Hierzu bedarf es einer hohen Drehzahl sowie einer verhältnismäßig großen Vorschubgeschwindigkeit am Bearbeitungswerkzeug, um die Schneidleistung und die Schneidstoffe wie Hartmetall, vor allem aber Keramik und polykristalline Diamanten auszunutzen. Entsprechende Werkstücke, die diese Bedingungen voraussetzten, können daher mit dem nach dem Stand der Technik bekannten CNC-Bearbeitungszentrum nicht bearbeitet werden.
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Es ist somit die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Aggregat oder Werkzeug für ein CNC-Bearbeitungszentrum bereitzustellen, welches den Einsatzbereich eines CNC-Bearbeitungszentrum zu erweitern und insbesondere für zu bearbeitende Werkstücke aus Hartmetall, Keramik und polykristalline Diamanten.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Aggregat oder Werkzeug mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Bevorzugte Weiterbildungen und Ausgestaltungsmerkmale der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche. Weitere Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der allgemeinen Beschreibung.
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Die mit der Erfindung erreichten Vorteile bestehen nun darin, dass in Folge des Einsatzes an der Spindel eines Bearbeitungszentrums eine Schnellfrequenzspindel eingesetzt werden kann, was den Bearbeitungsbereich für Werkstücke im Bearbeitungszentrum erheblich erweitert.
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Die erfindungsgemäße Lösung erübrigt nun für den Einsatz einer Schnellfrequenzspindel, dass für die üblichen Bearbeitungsaufgaben wie Fräsen, Bohren, Schleifen oder dergleichen ein eigenes Maschinengestänge vorhanden sein muss, an dem die Schnellfrequenzspindel zumindest in axialen Abschnitten in ein Gehäuse mit einer Spannvorrichtung eingespannt ist. Der direkt auf die Spindelwelle wirkende elektrisch betriebene Antriebsmotor erzeugt hierbei eine sehr hohe Drehzahl, die im Bereich von 5.000 bis über 60.000 Umdrehungen pro Minute liegt. Die Spindelwelle ist zum Ankoppeln eines eigenen Werkzeugs üblicherweise mit einem Werkzeughalter versehen, der je nach Ausführungsform ein manuelles oder vollautomatisches Werkzeugwechseln gestattet. Ein derartiges präzise arbeitendes Werkzeug, welches aufgrund seiner sehr hohen Drehzahl bestimmte Materialien bearbeiten kann, ist nun integrationsfähig an einem CNC-Bearbeitungszentrum anzudocken.
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Somit kann im Bearbeitungszentrum nun auch die Möglichkeit in Anspruch genommen werden, dass beispielsweise in der Bearbeitung der Werkstücke Werkstoffe, wie Hartmetall, Glas, Keramik, polykristalline Diamanten oder dergleichen, bearbeitet werden können. Aufgrund dieser Ausbildung wird nun erreicht, dass einzelne Baukomponenten, bestehend aus diesen Materialien, mit dem vorgeschlagen geschalteten Aggregat nun in der Bearbeitungsstation selbst vorgenommen werden können.
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Erfindungsgemäß umfasst somit das Aggregat oder Werkzeug zur Bearbeitung des Werkstücks eine Schnellfrequenzspindel, die mittels des Werkzeugwechslers an die Spindel des Bearbeitungszentrums ansetzbar ist. Hierbei wird das Aggregat oder das Werkzeug in dem Werkzeugwechsler vorgehalten, wobei durch Aufnahme des Aggregats die entsprechenden Schritte vorgenommen werden können. Die Schnellfrequenzspindel hat hierbei insbesondere den Vorteil, dass harte Werkstoffe bearbeitet werden können.
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Vorzugsweise ist die Schellfrequenzspindel in einem im Wesentlichen kegelstumpfartigen Gehäuse eingebunden. Hierbei liegt die Schnellfrequenzspindel bevorzugt in der Rotationsachse des Kegelstumpfgehäuses. Die Schnellfrequenzspindel mit ihrem Gehäuse ragt hierbei teilweise in der Rotationsachse aus dem Kegelstumpfgehäuse. Bei einer solchen Ausgestaltung wird vorzugsweise erreicht, dass ein Teil, hier der vordere Bereich des Gehäuses der Schnellfrequenzspindel, mit der Werkzeugaufnahme gut und sicher zugänglich ist, um insbesondere an ihrem der Ankopplung eines Werkzeugs dienenden Ende je nach Ausführungsform einen manuellen oder einen vollautomatischen Werkzeugwechsel an der Schnellfrequenzspindel vornehmen zu können.
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In einer bevorzugten Weiterbildung besteht die obere Grundfläche des kegelstumpfartigen Gehäuses aus einem topfartigen Gehäuse. Das topfartige Gehäuse ist hierbei mit ihrer Grundfläche an die Spindel des Bearbeitungszentrums ansetzbar.
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In zweckmäßigen Weiterbildungen ist hierbei im unteren Teil des kegelstumpfartigen Gehäuses die Schnellfrequenzspindel eingebunden. Die Schnellfrequenzspindel verfügt vorzugsweise über ein Gehäuse, in dem ein Stator mit einem Rotor als elektrischer Antrieb für die schnelllaufende Spindel untergebracht ist. Das Spindelgehäuse ist bevorzugt zylinderförmig ausgebildet und ist in einer runden Aussparung in der Rotationachse des kegelstumpfartigen Gehäuses derart fest eingebunden, dass die Wandung des Spindelgehäuses passgenau fest an der Wandung der Aussparung anliegt.
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Bevorzugt besteht die Grundfläche des topfartigen Gehäuses aus einem ringartigen Gehäuse, das mit seinem Boden eine hinreichende Anlagefläche für die Spindel des Bearbeitungszentrums bereitstellt. Das Topfgehäuse als Abschirmkranz mit einem Isolationskranz weist zweckmäßig eine umlaufende Wand mit einer Stromversorgungsschiene auf, an der eine Kontaktaufnahme als Stromkopplung für die Stromaufnahme zur Erzeugung der Drehbewegung der Schnellfrequenzspindel vorgesehen ist. Wird also das Aggregat oder das Werkzeug an die Spindel angedockt, so wird gleichzeitig ein elektrischer Kontakt für den elektrischen Antrieb der Schnellfrequenzspindel hergestellt.
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Um ein achszentriertes und genaues Andocken des Aggregats vorzunehmen, sind besonders bevorzugt in dem Boden des Topfgehäuses insbesondere auf einer Kreisbahn Zapfenelemente als Mitnehmerdorne zur Festlegung des Aggregats oder des Werkzeugs an die Werkzeugaufnahme der Spindel des Bearbeitungszentrums angeordnet. Wird also die Spindel des Bearbeitungszentrums in das Werkzeuglager eines Werkzeugwechslers oder Magazins gefahren und greift zu dem Aggregat mit der Schnellfrequenzspindel, so wird dies über die Zapfen angedockt. Im angedockten Zustand kann das kegelstumpfartige Gehäuse um die Spindel verdreht werden, sodass verschiedene Winkelschnittebenen einstellbar sind.
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Das beschriebe Ringgehäuse weist im Boden in vorteilhaften Ausgestaltungen eine Öffnung auf, wobei in der Öffnung der Zentrumsachse/Rotationsachse des Kegelstumpfgehäuses vorzugsweise ein Wellenstumpf zur kraftschlüssigen Aufnahme durch Kegel und Auflagefläche drehbar gelagert ist. Der Wellenstumpf in kraftschlüssiger Aufnahme durch Kegel und Auflagefläche wirkt dabei im angesetzten Zustand des Aggregats oder des Werkzeugs mit der Hauptspindel des Bearbeitungszentrums zusammen. Aufgrund dieser Ausbildung wird insbesondere erreicht, dass die Spindel des Bearbeitungszentrums, welche vornehmlich mit drehenden Werkzeugen unmittelbar zusammenwirkt, auch hier mit einer davon unabhängig betreibbaren Schnellfrequenzspindel zusammenwirken kann. Der in dem Gehäuse drehbar gelagerte Wellenstumpf vollzieht dann im kraftschlüssigen Verbund mit dem Aggregat einer Schnellfrequenzspindel einen entkoppelten Freilauf, wenn das Aggregat angedockt ist. Die Drehungen der Hauptspindel haben somit auf die im Einsatz befindliche Schnellfrequenzspindel keine Wirkung. Hierbei ist der Wellenstumpf in kraftschlüssiger Aufnahme in einem im Ringgehäuse angeordneten Kugellager drehbar gelagert.
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Weitere Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus dem Ausführungsbeispiel, welches nachfolgend mit Bezug auf die beiliegenden Figuren erläutert wird.
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In den Figuren zeigen:
- 1: eine rein schematische perspektivische Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Aggregats und des Werkzeugs mit einer Schnellfrequenzspindel und
- 2: eine rein schematische geschnittene Ansicht des Aggregats oder des Werkzeugs gemäß der 1 in einer Seitenansicht.
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Die 1 und 2 zeigen jeweils ein Aggregat oder Werkzeug 1 für ein nicht näher dargestelltes CNC-Bearbeitungszentrum mit einer Spindel, die eine Mehrachsenbearbeitung zur Fertigung von Werkstücken zulässt. Die Werkstücke als solche bestehen hierbei vorzugsweise aus harten Werkstoffen, wie Hartmetall, Keramik, polykristallinen Diamanten oder dergleichen. Das Aggregat oder das Werkzeug 1 steht mit einem Werkzeugwechsler, ebenfalls nicht näher dargestellt, für die Spindel des CNC-Bearbeitungszentrums in Wirkverbindung.
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Gemäß der Erfindung, dargestellt in den 1 und 2, umfasst hierbei das Aggregat oder das Werkzeug 1 zur Bearbeitung von Werkstücken aus harten Materialen, wie oben näher beschrieben, eine Schnellfrequenzspindel 2, die an die Spindel des Bearbeitungszentrums ansetzbar ist. Die Schnellfrequenzspindel 2 ist hierbei im Wesentlichen in einem kegelstumpfartigen Gehäuse 3 eingebunden.
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Wie aus der Zusammenschau der beiden Figuren ersichtlich, ist die Schnellfrequenzspindel 2 hierbei im unteren Teil des kegelstumpfartigen Gehäuses 3 in der Rotationsachse eingebunden. Die Schnellfrequenzspindel 2 verfügt hierbei über ein Gehäuse 4, in dem ein Stator 5 mit einem Rotor 6 als elektrischer Antrieb für die schnelllaufende Spindel 2 untergebracht sind. Das Spindelgehäuse 4 ist hierbei zylinderförmig ausgebildet und ist in einer runden Aussparung 7 in der Rotationachse des kegelstumpfartigen Gehäuses 3 derart fest eingebunden, dass die Wandung des Spindelgehäuses 4 passgenau fest an der Wandung der Aussparung 7 anliegt. Der feste Sitz des Spindelgehäuses im kegelstumpfartigen Gehäuse 3 kann beispielsweise mittels einer Presspassung erfolgen. Am freien Ende des Spindelgehäuses 4 befindet sich die mit dem Rotor 6 verbundene Aufnahme für ein Bearbeitungswerkzeug der Schnellfrequenzspindel 2. Die kegelförmig verlaufende Wandung des Kegelstumpfgehäuses 3 verfügt hierbei über Kühlrippen 8 zur Abführung der in dem Gehäuse 3 anfallenden Wärme beim Betrieb der Schnellfrequenzspindel 2.
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Die Grundfläche des kegelstumpfartigen Gehäuses 3 besteht hierbei aus einem topfartigen Gehäuse 9 mit einer umlaufenden Wand 10 mit einer Stromversorgungsschiene 11. Die Stromversorgungsschiene 11 ist mittels eines Isolierkranzes 12 umlaufend abgeschirmt. An der Stromversorgungsschiene 11 ist eine Stromschnittstelle 13 vorgesehen, an der ein Stromübertragungsarm 14 angeordnet ist. Auf diese Weise wird die elektrische Versorgung für die Schnellfrequenzspindel 2 in dem Aggregat 1 bereitgestellt.
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Wie insbesondere aus der 1 zu erkennen ist, sind am Boden 15 des topfartigen Gehäuses 9 auf einer Kreisbahn Zapfenelemente 16 als Mitnahmedorne zur Festlegung des Aggregats oder des Werkzeugs 1 an die Werkzeugaufnahme der Hauptspindel vom Bearbeitungszentrum angeordnet. Wie weiter aus der 1 zu erkennbar ist, ist in dem Boden 15 des topfartigen Gehäuses 9 eine Öffnung 17 vorhanden. In der Öffnung 17 ist in der Zentrumachse des kegelstumpfartigen Gehäuses 3 ein Wellenstumpf 18 durch Kugellager 19 und Auflagelager 20 drehbar gelagert. Im angesetzten Zustand des Aggregats oder des Werkzeugs 1 wirkt der Wellenstumpf 18 mit der Hauptspindel derart zusammen, dass sich ein entkoppelter Freilauf einstellt, der den Arbeitsprozess der Schnellfrequenzspindel 2 unbeeinträchtigt lässt.
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In Weiterbildung ist hierbei der Wellenstumpf 18 durch kraftschlüssige Aufnahme in einem im topfartigen Gehäuse 9 angeordneten Kugellager 19 drehbar gelagert. Diese Ausbildung ermöglicht es nun, dass insbesondere das Aggregat oder das Werkzeug 1 hier mit einer Drehspindel eines CNC-Bearbeitungszentrums zusammenwirken kann, weil so die Hauptspindel am Wellenstumpf 18 freilaufend drehen kann, ohne dass dadurch der Arbeitsprozess, wie erwähnt, beeinträchtigt wird.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Aggregat/Werkzeug
- 2
- Schnellfrequenzspindel
- 3
- kegelstumpfartiges Gehäuse
- 4
- Gehäuse Schnellfrequenzspindel
- 5
- Stator
- 6
- Rotor
- 7
- Aussparung
- 8
- Kühlrippen
- 9
- Topfartiges Gehäuse
- 10
- Umlaufende Wand
- 11
- Stromversorgungsschiene
- 12
- Isolationskranz
- 13
- Stromschnittstelle
- 14
- Stromübertragungsarm
- 15
- Boden vom topfartigen Gehäuse
- 16
- Zapfenelemente
- 17
- Öffnung
- 18
- Wellenstumpf
- 19
- Kugellager
- 20
- Auflagelager
