DE10307977C5

DE10307977C5 - Verfahren und Vorrichtung zur Bearbeitung von Ausgleichsgehäusen

Info

Publication number: DE10307977C5
Application number: DE10307977A
Authority: DE
Inventors: Jürgen Walz; Armin Hess
Original assignee: EMAG Holding GmbH
Current assignee: EMAG Holding GmbH
Priority date: 2003-02-24
Filing date: 2003-02-24
Publication date: 2012-04-05
Anticipated expiration: 2023-02-25
Also published as: DE10307977A1; DE10307977B4; JP2004255560A; US20040226154A1; US7096563B2

Abstract

Verfahren zum Innen- und Außenbearbeiten von Werkstücken, insbesondere Ausgleichsgehäusen, in einer Werkzeugmaschine mit einer Werkstückspindel 1, und mit mindestens einer Motorspindel 10, mit folgenden Verfahrensschritten: a) Aufnahme des Werkstücks 9 von der Transporteinrichtung 21 durch die Werkstückspindel 1 mittels eines Spannmittels 8; b) Bewegen des Werkstücks 9 in den Wirkbereich der Motorspindel 10; c) Bearbeiten des Werkstücks 9 unter Verwendung wenigstens eines Werkzeugs 19; d) Ändern der Bearbeitungsrichtung durch Drehen der Werkstückspindel 1; e) Bearbeiten des Werkstücks 9 unter Verwendung wenigstens eines Werkzeugs 19; f) Bearbeiten der Innenflächen des Werkstücks 9 durch Werkzeuge 15, 15', welche durch die Öffnungen 35 im Innern des Werkstücks positioniert und auf die Motorspindel 10 aufgefädelt werden; g) Wiederholen der Schritte d) bis f), bis alle Bearbeitungsschritte am Werkstück 9 ausgeführt sind; h) Ablage des Werkstücks 9 auf die Transporteinrichtung 21, dadurch gekennzeichnet, dass...

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Werkzeugmaschine zum Innen- und Außenbearbeiten von Werkstücken, insbesondere von Ausgleichsgehäusen.
Stand der Technik
Ausgleichsgehäuse sind aus mindestens vier verschiedenen, im rechten Winkel zueinanderstehenden Richtungen, zu bearbeiten. Dabei sind enge Fertigungstoleranzen einzuhalten.
Aus der DE 41 42 121 A1 ist es bekannt, die Achs- und Querbohrungen sowie die Flansch- und Kugelflächen an Ausgleichsgehäusen auf Transferstraßen zu bearbeiten. Dazu sind mehrere spezifisch eingerichtete Bearbeitungsstationen vorgesehen, die über eine Transfereinrichtung verkettet sind. Die Bearbeitungsstationen sind dabei weitgehend auf bestimmte Arbeitsgänge spezialisiert, die an jedem durchlaufenden Werkstück in der gleichen Weise ausgeführt werden. Ferner ist aus der DE 44 22 416 C1 ein Bearbeitungszentrum mit einem Werkstückträger bekannt, wobei das Werkstück mittels einer am Werkstückträger angeordneten Spannvorrichtung lösbar festgespannt ist. Bei beiden Bearbeitungsmaschinen ist das selbsttätige Einführen von Werkzeugen durch Werkstücköffnungen nicht vorgesehen. Die DE 197 16 491 C2 offenbart eine Werkzeugmaschine mit einer Greiferhand zum selbsttätigen Einführen von Werkzeugen durch die Werkstücköffnungen. Die Werkstücke werden beispielsweise mit Spannpratzen aufgespannt. Für eine automatische Werkstückzuführung ist diese Maschine nicht geeignet. Die DE 37 22 180 C2 zeigt eine Transfermaschine zur aufeinanderfolgenden Bearbeitung von Werkstücken mit einer taktweise arbeitenden Fördereinrichtung, wobei eine Bearbeitungseinheit Einrichtungen zur Kupplung mit wenigstens einem Werkzeug sowie Antriebs- und Vorschubmittel aufweist. Die Spannvorrichtungen für die Werkstücke werden vorzugsweise mit einer selbsttätigen Ladevorrichtung be- und entladen. Das Bearbeitungszentrum nach der WO 02/00390 A1 weist neben mehreren Bearbeitungseinheiten einen Werkstückhalter auf, der entlag der drei Hauptachsen (X, Y, Z) des Maschinenkoordinatensystems verfahrbar ist und außerdem um drei Schwenkachsen geschwenkt werden kann. Das selbsttätige Einführen von Werkzeugen durch Werkstücköffnungen nicht vorgesehen.
Aufgabenstellung
[Aufgabe der Erfindung]
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein flexibles Verfahren zur Bearbeitung von Werkstücken, insbesondere von Ausgleichsgehäu sen, und eine Werkzeugmaschine zur Durchführung des Verfahrens anzugeben.
Gelöst wird die Aufgabe durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 und eine Werkzeugmaschine mit den Merkmalen des Patentanspruches 5.
Der Kerngedanke der Erfindung besteht darin; die Ausgleichsgehäuse mit einer nach dem Pick-up-Prinzip arbeitenden Werkstückspindel zu greifen und zu spannen und mindestens einem drehangetriebenen Werkzeug zur Bearbeitung zuzuführen. Durch Weiterdrehen der Werkstückspindel um jeweils 90° kann das Werkstück nacheinander in vier, im rechten Winkel zueinanderstehenden Bearbeitungsrichtungen bearbeitet werden. Auf diese Weise ist die Einhaltung sehr enger Fertigungstoleranzen gewährleistet.
Zur Bearbeitung der Achs- und Querbohrungen werden die erforderlichen Werkzeuge, beispielsweise zum Bohren, Drehen, Reiben, Räumen, Senken usw. in einem Magazin bereitgestellt und bei Bedarf in die Werkzeugspindel eingewechselt.
Bei der Serienfertigung ist es zur Verringerung der Span-zu-Span-Zeit vorteilhaft, Kombiwerkzeuge einzusetzen und für jedes dieser Werkzeuge eine separate Werkzeugspindel vorzusehen.
Zur Bearbeitung der Innenseiten des Ausgleichsgehäuses werden Drehwerkzeuge durch die seitlichen Gehäuseöffnungen im Gehäuseinneren positioniert und dort auf einen Dorn der mit einer drehantreibbare Werkzeugspindel verbunden ist, aufgefädelt. Für die Einhaltung der Fertigungstoleranzen ist es von Vorteil, die Werkzeuge auf der der Werkzeugspindel abgewandten Seite mit einer Pinole abzustützen.
Bei einer weiteren Ausführung ist zum Halten der Werkzeuge im Spannmittel ein weitere Spannvorrichtung vorgesehen. Damit können in einem Magazin bereitgestellte Werkzeuge direkt aufgenommen werden. Dabei kann das Werkzeugmagazin vorteilhafter Weise auch außerhalb des Arbeitraumes angeordnet sein.
Ausführungsbeispiel
Im Folgenden wird die Erfindung an Hand eines Ausführungsbeispiels näher beschrieben:
1 zeigt den Querschnitt einer Werkzeugmaschine
2 Werkzeugmaschine, Ansicht von oben
3a, 3b Ausdrehen von Bohrungen
4a, 4b Reiben von Bohrungen
5 Bearbeitung der Kugelsegmentflächen
6 Bearbeitung der Anspiegelung
7 Spannmittel mit Greifeinrichtung
In 1 ist eine erfindungsgemäße Werkzeugmaschine im Querschnitt schematisch dargestellt. Der Bettschlitten 2 ist auf Führungsbahnen 5 auf dem Grundkörper 6 beweglich geführt und träg den Kreuzschlitten 3, der auf den Führungsbahnen 7 bewegbar ist. Die Führungsbahnen 7 verlaufen in einer Richtung senkrecht zu den Führungsbahnen 5. Der Kreuzschlitten 3 trägt die Werkstückspindel 1, welche an ihrer Unterseite mit einem Spannmittel 8 Werkstücke 9 greifen, spannen und transportieren kann. Die Werkstückspindel 1 ist um die Rotationsachse 4 drehantreibbar gelagert und im Kreuzschlitten 3 in senkrechter Richtung bewegbar. Die Motorspindel 10 ist mit dem Grundkörper 6 starr verbunden. Die Pinole 11 dient zum Abstützen von Werkzeugen im Innern der Werkstücke 9 und ist auf Führungsbahnen 12 am Grundkörper 6 beweglich geführt. Motorspindel 10 und Pinole 11 rotieren um eine gemeinsame Drehachse 13.
2 zeigt eine Werkzeugmaschine zur Serienfertigung in schematischer Darstellung in der Ansicht von oben: Über die Transporteinrichtung 21 gelangen zu bearbeitende Werkstücke 9 in den Arbeitsbereich der Werkzeugmaschine hinein und bearbeitete Werkstücke aus dem Arbeitsbereich heraus. Die Motorspindel 18 ist mit einem Werkzeug 19 bestückt, mit welchem die Bohrungen des Werkstücks 9 ausgedreht werden. In der Motorspindel 17 befindet sich ein Werkzeug 20 zum Reiben. Die Motorspindel 10 trägt einen Aufnahmedorn für Werkzeuge 15'. Im Werkzeugmagazin 14 sind weitere Werkzeuge 15 bereitgestellt, welche bei Bedarf mit dem Werkzeugwechsler 16 in die Motorspindel 10 eingewechselt werden. Zur Einhaltung der geforderten Fertigungstoleranzen werden die Werkzeuge 15, 15' während der Bearbeitung des Werkstücks 9 von der Pinole 11 abgestützt.
Ein Bearbeitungszyklus beginnt damit, dass sich der Spindelstock 32 entlang der Führungsschienen 2 bewegt und die Werkstückspindel 1 in eine Position oberhalb der Transporteinrichtung 21 bringt. Die Werkstückspindel 1 greift mit dem Spannmittel 8 eines von den zu bearbeitenden Werkstücken 9 und transportiert es in den Wirkbereich der Motorspindel 18. Dort werden die Bohrungen des Werkstücks 9 vom Werkzeug 19 ausgedreht. Da mit dem Werkzeug 19 Bohrungen unterschiedlicher Durchmesser bearbeitet werden können, lassen sich die vier Bohrungen des Werkstücks 9 nacheinander bearbeiten, wobei die Werkstückspindel 1 jeweils eine 90°-Schwenkbewegung ausführt, um die nachfolgende Bohrung in eine Bearbeitungsposition zu bringen.
In 3a ist das Ausdrehen der Bohrung 27 schematisch dargestellt. Die Bearbeitung erfolgt durch die Schneide 26 und die Vorschubbewegung erfolgt durch Verfahren des Kreuzschlittens 3 entlang der Führungsbahnen 7.
Gemäß 3b wurde das Werkstück gegenüber der Darstellung in 3a um 90° gedreht. Die Drehung erfolgte durch eine entsprechende Schwenkbewegung der Werkstückspindel 1. Die Bohrung 29 wird von der Schneide 28 des Werkzeugs 19 bearbeitet. Die Bearbeitung der Bohrungen 30 und 31 erfolgt entsprechend.
Anschließend werden die Bohrungen des Werkstücks 9 an der Motorspindel 17 durch Reiben mit dem Werkzeug 20 nachbearbeitet. Da in Analogie zum Ausdrehen auch beim Reiben die vier Bohrungen durch Schwenkbewegungen der Werkstückspindel 1 in die jeweilige Bearbeitungsposition gebracht werden, können auch bei dieser Bearbeitung auf Grund der hohen Positioniergenauigkeit der Werkstückspindel 1 sehr enge Fertigungstoleranzen sichergestellt werden.
Wie in 4a ersichtlich, wird die Bohrung 27 von der Schneide 33 bearbeitet und 4b zeigt die Bearbeitung der Bohrung 29 durch die Schneide 34. Das Reiben der Bohrungen 30 und 31 erfolgt entsprechend.
Zur Bearbeitung der Innenseiten des Werkstücks 9 werden Werkzeuge 15, 15' vom Werkzeugwechsler 16 durch die seitlichen Gehäuseöffnungen 35 im Inneren des Werkstücks positioniert, dort auf einen Aufnahmedorn 36 der Motorspindel 10 aufgefädelt und fixiert. In einer vorteilhaften Ausführung werden die Werkzeuge 15, 15' auf der der Motorspindel 10 gegenüberliegenden Seite mit einer Pinole 11 abgestützt.
5 zeigt die Bearbeitung von Kugelsegmentflächen 37 durch das Werkzeug 15. Die Pinole 11 ist mit einem Stützdorn 39 versehen, welcher durch Verfahren der Pinole entlang der Führungsbahnen 12 in die Zentrierbohrung 40 des Werkzeugs 15 bewegt wird.
Zur Bearbeitung der Anspiegelungen 38 wurde das Werkstück 9 in 6 gegenüber der Darstellung in 5 um 90° gedreht. Die Drehung erfolgte durch eine entsprechende Schwenkbewegung der Werkstückspindel 1.
In 7 ist im Spannmittel 8 ein weitere Spanneinrichtung 41 zum Greifen von Werkzeugen 15' vorgesehen. Zum Aufnehmen eines neuen Werkzeugs verfährt der Spindelstock 32 in eine Position oberhalb des Werkzeugmagazins 14 und die Spanneinrichtung 41 erfasst das Werkzeug 15'. Anschließend bewegt sich der Spindelstock 32 zurück in den Wirkbereich der Motorspindel 10. Dort wird das Werkzeug 15' durch die Öffnungen des Werkstücks hindurch auf den Aufnahmedorn 36 aufgefädelt und vom Stützdorn 39 der Pinole 11 abgestützt. Die Verbindung zum Greifer 41 wird gelöst und das Werkstück kann mit dem Werkzeug 15' bearbeitet werden.
Die Vorschubbewegung erfolgt bei der Bearbeitung der Innenflächen, ebenso wie beim Ausdrehen und Reiben, durch Verfahren des Kreuzschlittens 3 entlang der Führungsbahnen 7. Nach erfolgter Bearbeitung wird das Werkstück 9 wieder auf die Transporteinrichtung 21 abgelegt.
Mit dieser Anordnung ist eine besonders flexible Bearbeitung von Ausgleichsgehäusen möglich, da bei Varianten mit abweichenden Maßen lediglich die Motorspindeln mit entsprechenden Werkzeugen zu bestücken und zur Bearbeitung der Innenflächen die jeweiligen Werkzeuge im Werkzeugmagazin bereitzustellen sind.
Bezugszeichenliste

1: Werkstückspindel
2: Bettschlitten
3: Kreuzschlitten
4: Rotationsachse
5: Führungsbahnen
6: Grundkörper
7: Führungsbahn
8: Spannmittel
9: Werkstück
10: Motorspindel
11: Pinole
12: Führungsbahn
13: Drehachse
14: Werkzeugmagazin
15: Werkzeug
15': Werkzeug
16: Werkzeugwechsler
17: Motorspindel
18: Motorspindel
19: Werkzeug
20: Werkzeug
21: Transporteinrichtung
24: Anspiegelung
25: Kugelsegmentfläche
26: Schneide
27: Bohrung
28: Schneide
29: Bohrung
30: Bohrung
31: Bohrung
32: Spindelstock
33: Schneide
34: Schneide
35: Gehäuseöffnung
36: Aufnahmedorn
37: Kugelsegmentfläche
38: Anspiegelung
39: Stützdorn
40: Zentrierbohrung
41: Spanneinrichtung

Claims

Verfahren zum Innen- und Außenbearbeiten von Werkstücken, insbesondere Ausgleichsgehäusen, in einer Werkzeugmaschine mit einer Werkstückspindel 1, und mit mindestens einer Motorspindel 10, mit folgenden Verfahrensschritten: a) Aufnahme des Werkstücks 9 von der Transporteinrichtung 21 durch die Werkstückspindel 1 mittels eines Spannmittels 8; b) Bewegen des Werkstücks 9 in den Wirkbereich der Motorspindel 10; c) Bearbeiten des Werkstücks 9 unter Verwendung wenigstens eines Werkzeugs 19; d) Ändern der Bearbeitungsrichtung durch Drehen der Werkstückspindel 1; e) Bearbeiten des Werkstücks 9 unter Verwendung wenigstens eines Werkzeugs 19; f) Bearbeiten der Innenflächen des Werkstücks 9 durch Werkzeuge 15, 15', welche durch die Öffnungen 35 im Innern des Werkstücks positioniert und auf die Motorspindel 10 aufgefädelt werden; g) Wiederholen der Schritte d) bis f), bis alle Bearbeitungsschritte am Werkstück 9 ausgeführt sind; h) Ablage des Werkstücks 9 auf die Transporteinrichtung 21, dadurch gekennzeichnet, dass alle Bearbeitungsschritte in einer Aufspannung erfolgen.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Werkstück 9 nacheinander in vier Bearbeitungsrichtungen auf zwei zueinander senkrecht angeordneten Achsen durch Schwenken der Werkstückspindel 1 um jeweils 90° bearbeitet wird.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Werkzeuge 15, 15' auf der der Motorspindel 10 gegenüberliegenden Seite mit einer Pinole 11 abgestützt werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorschubbewegung durch Verfahren des Kreuzschlittens 3 entlang der Führungsbahnen 7 erfolgt.
Werkzeugmaschine, zum Innen- und Außenbearbeiten von Werkstücken, insbesondere Ausgleichsgehäusen, zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 4 mit einer auf einem Kreuzschlitten 3 angeordneten Werkstückspindel 1 zum Greifen, Spannen, Transportieren, Positionieren und Ablegen von Werkstücken 9, mit einer Spannvorrichtung 41 im Spannmittel 8 zum Auffädeln von Werkzeugen 15, 15' durch die Werkstücköffnung 35 auf den Spanndorn 36 der Motorspindel 10, mit einer Transporteinrichtung 21, wobei die Werkstückspindel 1 in eine Position oberhalb der Transporteinrichtung 21 verfahrbar ist, wobei die Werkstückspindel 1 zum Ändern der Bearbeitungsrichtung drehbar gelagert ist.
Werkzeugmaschine nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass zum Auffädeln von Werkzeugen 15, 15' durch die Werkstücköffnung 35 auf den Aufnahmedorn 36 der Motorspindel 18 ein Werkzeugwechsler 16 vorgesehen ist.
Werkzeugmaschine nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass zum Abstützen der Werkzeuge 15, 15' eine Pinole 11 vorgesehen ist.
Werkzeugmaschine nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Motorspindel 18 fest mit dem Gehäuse 6 verbunden und die Pinole 11 auf Führungsbahnen 12 beweglich geführt ist.