DE10325719A1

DE10325719A1 - Bearbeitungseinheit

Info

Publication number: DE10325719A1
Application number: DE2003125719
Authority: DE
Inventors: Mustafa Kaya
Original assignee: STEINEL NORMALIEN AG
Current assignee: STEINEL NORMALIEN AG
Priority date: 2003-06-06
Filing date: 2003-06-06
Publication date: 2005-01-05
Anticipated expiration: 2023-06-07
Also published as: DE10325719B4; DE10325719C5

Abstract

Es wird eine Bearbeitungseinheit zum Einbau in eine Presse, Stanze oder dergleichen beschrieben. An einer Spindel (16) sind Werkzeuge (19) für unterschiedliche Bearbeitungsfunktionen spannbar. Die Spindel (16) wird mittels eines Elektromotors (25) drehend angetrieben. Der axiale Hubantrieb der Spindel (16) erfolgt über einen doppelt wirkenden pneumatisch gesteuerten Kolben (9). Der Drehantrieb über den Elektromotor (25) und der Hubantrieb über den pneumatischen Kolben (9) werden speicherprogrammierbar gesteuert.

Description

Die Erfindung betrifft eine Bearbeitungseinheit zum Einbau in eine Presse, Stanze oder dergleichen gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Bei der Herstellung von Stanzteilen mittels Umform- und Stanzwerkzeugen ist es bekannt, zusätzlich in das Umform- und Stanzwerkzeug eine Bearbeitungseinheit einzubauen, mit welcher Gewinde in den Stanzteilen geformt werden können. Die Bearbeitungseinheit weist dabei eine oder mehrere Spindeln auf, die zur Aufnahme des Gewindebohr-Werkzeuges dienen. Der Rotationsantrieb der Spindel erfolgt über einen steuerbaren Elektromotor und ein geeignetes Getriebe. Der axiale Hubantrieb der Spindel wird auf unterschiedliche Weise bewirkt.

Bei einer aus der EP 1 238 737 A1 bekannten Bearbeitungseinheit wird der axiale Hubantrieb der Spindel durch den Pressenhub erzeugt. Das Gewindeformen kann daher nicht unabhängig von dem Pressenhub und dem Arbeitstakt der Presse erfolgen.

Bei einer aus der DE 197 29 263 C2 bekannten Bearbeitungseinheit bewirkt der elektrische Servomotor über Getriebe sowohl den Drehantrieb der Spindel als auch den axialen Hubantrieb. Hubantrieb und Rotationsantrieb der Spindel sind daher zwangsgekoppelt, sodass die Bearbeitungseinheit jeweils nur ein vorgegebenes Gewinde formen kann.

Bei einer aus der IT 01311723 B bekannten Bearbeitungseinheit der eingangs genannten Gattung wird der axiale Hubantrieb der Spindel durch ein pneumatisches Aggregat bewirkt. Ein einsei tig pneumatisch beaufschlagter Kolben bewegt die Spindel vorwärts, bis das gewindeformende Werkzeug mit dem gestanzten Loch des Stanzteils in Eingriff kommt. Das Gewindeformen erfolgt dann mittels des Drehantriebs der Spindel, indem das Werkzeug das Gewinde selbstschneidend formt. Durch Umkehr der Drehrichtung wird das Werkzeug wieder aus der geformten Gewindebohrung herausgedreht. Die Rückstellung des pneumatischen Antriebs erfolgt über eine Feder.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Bearbeitungseinheit zum Einbau in eine Presse, Stanze oder dergleichen zur Verfügung zu stellen, die eine hohe Flexibilität in Bezug auf die durchzuführenden Bearbeitungen aufweist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Bearbeitungseinheit mit den Merkmalen des Anspruchs 1.

Vorteilhafte Ausführungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Bei der erfindungsgemäßen Bearbeitungseinheit können der Rotationsantrieb und der axiale Hubantrieb der Spindel auch während des Bearbeitungsvorgangs vollständig voneinander entkoppelt sein. Der Rotationsantrieb erfolgt steuerbar über den elektrischen Servomotor, während der axiale Hubantrieb steuerbar über das Fluidaggregat mit einem doppelt wirkenden Kolben erfolgt. Die Möglichkeit, den Rotationsantrieb und den Hubantrieb unabhängig voneinander zu steuern, macht die Bearbeitungseinheit äußert flexibel in den Einsatzmöglichkeiten. Mittels derselben Bearbeitungseinheit können Gewinde mit unterschiedlichen Steigungen geformt werden. Außerdem kann die Bearbeitungseinheit auch für andere Bearbeitungsvorgänge einge setzt werden, wie z. B. Bohren, Reiben von Bohrungen und Eindrehen von Schrauben.

Die freie Programmierbarkeit des elektrischen Rotationsantriebs und des fluidbetätigten Hubantriebs ermöglicht weiter den Einbau mehrerer Bearbeitungseinheiten in dasselbe Umform- bzw. Stanzwerkzeug, wobei die einzelnen Bearbeitungseinheit von einer zentralen Steuerung aus unterschiedlich programmierte Bearbeitungsvorgänge durchführen können. Die zentrale Steuerung ist dabei zweckmäßigerweise in einem außerhalb des Umformwerkzeuges bzw. außerhalb der Presse angeordneten Schaltschrank angeordnet, sodass nur die elektrischen und pneumatischen Leitungen von dem Schaltschrank zu den Bearbeitungseinheiten führen. Die Einbaumöglichkeiten für die Bearbeitungseinheiten sind dadurch sehr flexibel und die Bedienung ist einfach und sicher.

Vorzugsweise weist die Bearbeitungseinheit wenigstens einen Sensor auf, der die Hubposition bzw. den Hubweg des Kolbens detektiert. Die jeweilige Hubposition des Kolbens kann auf diese Weise an die Steuerung rückgemeldet werden, sodass eine exakt programmierbare Servosteuerung möglich ist. Diese Servosteuerung bietet insbesondere auch den Vorteil, dass auch ein pneumatischer Hubantrieb mit hoher Präzision durchgeführt werden kann.

Die erfindungsgemäße Bearbeitungseinheit kann je nach dem Arbeitsablauf und dem Aufbau der Umform- bzw. Stanzwerkzeuge eingebaut und eingesetzt werden. Die Baueinheit kann auf der Werkzeuggrundplatte der Presse montiert werden, wobei die axiale Hubbewegung der Spindel mit dem Werkzeug von oben nach unten, von unten nach oben oder auch unter einem Winkel zur Ebene der Werkzeuggrundplatte verlaufen kann. weiter ist eine Montage der Bearbeitungseinheit an einer beweglichen Aufnahme für den Stanzstreifen möglich. Auch hier kann die Bearbeitungsrichtung des axialen Spindelantriebs von oben nach unten, von unten nach oben oder unter einem Winkel zur Vertikalachse ausgerichtet werden. Schließlich kann die Bearbeitungseinheit auch auf einem Niederhalter für den Stanzstreifen angeordnet werden, wobei die axiale Bearbeitungsrichtung von oben nach unten oder unter einem Winkel zur Vertikalen erfolgen kann.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen:

1 eine perspektivische Ansicht einer Bearbeitungseinheit,

2 eine Seitenansicht der Bearbeitungseinheit,

3 eine Stirnansicht der Bearbeitungseinheit,

4 eine Draufsicht auf die Bearbeitungseinheit,

5 einen Schnitt gemäß der Linie A-A in 2,

6 einen Schnitt gemäß der Linie B-B in 2 und

7 einen Schnitt gemäß der Linie C-C in 4.

Die in der Zeichnung dargestellte Bearbeitungseinheit weist ein blockförmiges Gehäuse 34 auf, welches an seiner Außenfläche mit Befestigungsbohrungen 40 versehen ist, die zur Montage der Bearbeitungseinheit an den Werkzeugen einer Presse oder dergleichen dienen.

Das Gehäuse 34 nimmt eine Spindel 16 auf, die durch die Grundplatte des Gehäuses 34 herausgeführt ist. An dem aus dem Gehäuse 34 herausragenden Ende der Spindel 16 ist mittels einer Hülse 17 und einer Mutter 18 ein Werkzeug 19 auswechselbar und drehfest spannbar. Dieses Werkzeug 19 kann bspw. ein Gewindebohrer, eine Reibahle, ein Schraubendreher oder ein Bohrer sein. Die Spindel 16 ist koaxial in einer Hauptwelle 14 geführt. Die Hauptwelle 14 ist mittels Kugellagern 13 drehbar und axial unverschiebbar in dem Gehäuse 34 gelagert. Die Spindel 16 ist in der Hauptwelle 14 axial verschiebbar und unverdrehbar geführt. Hierzu ist die Spindel 16 und der Innenquerschnitt der die Spindel 16 aufnehmenden Hauptwelle 14 bspw. als Sechskant ausgebildet, sodass ein Drehmoment von der Hauptwelle 14 auf die Spindel 16 übertragen werden kann. Auf dem Außenumfang der Hauptwelle 14 ist eine Zahnscheibe 15 fest montiert.

Koaxial zu der Spindel 16 ist auf das Gehäuse 34 ein Zylinder 11 aufgesetzt. In dem Zylinder 11 ist ein doppelt wirkender Kolben 9 geführt. Der Kolben 9 weist einen rohrförmigen Ansatz auf, der mittels eines Nutringes 12 abgedichtet und axial verschiebbar in dem das Gehäuse 34 verschließenden Boden des Zylinders 11 geführt ist. Die Spindel 16 ist koaxial in dem Kolben 9 und dessen rohrförmigem Ansatz gelagert, wobei die Spindel 16 an ihrem dem Werkzeug 19 entgegengesetzten Ende mittels eines Kugellagers 5 drehbar in dem Kolben 9 gelagert ist. Eine Scheibe 1 mit einer koaxial in die Spindel 16 eingedrehten Senkschraube 2 legt die Spindel 16 an dem Innenring des Kugellagers 5 fest, während eine weitere Scheibe 3 den Außenring des Kugellagers in dem Kolben 9 festlegt. Ein O-Ring 4 dient zur Abdichtung. Die Spindel 16 ist auf diese Weise frei drehbar in dem Kolben 9 gelagert und zusammen mit dem Kolben 9 axial verschiebbar.

Der Zylinder 11 ist an seiner dem Gehäuse 34 entgegengesetzten Endfläche durch einen Deckel 6 abgeschlossen, der mittels eines durch einen Sicherungsring 7 gehaltenen O-Ringes 8 abgedichtet ist.

In den Außenumfang des Kolbens 9 ist ein Magnet 10 eingesetzt. Die Hublage des Kolbens 9 wird mittels einer Sensoreinrichtung erfasst, die durch den Magneten 10 und an dem Zylinder angebrachte Sensoren 31 gebildet ist. Die Sensoren 31 können insbesondere als Näherungsschalter ausgebildet sein. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind zwei Sensoren 31 vorgesehen, sodass zwei Hubstellungen des Kolbens 9 detektiert werden können. Selbstverständlich können auch mehrere Sensoren 31 angebracht werden, um eine Detektierung der Hublage des Kolbens 9 über einen größeren Hubweg oder mit einer feineren Schrittteilung zu ermöglichen.

Für den doppelt wirkenden Antrieb des Kolbens 9 sind zwei pneumatische Anschlüsse 32 und 33 an den beiden axialen Enden des Zylinders 11 vorgesehen, die vorzugsweise als Schnellkupplungen ausgebildet sind.

Achsparallel zu der Spindel 16 ist eine Welle 20 angeordnet. Die Welle 20 ist in einem auf dem Gehäuse 34 montierten Gehäuseaufsatz 36 mittels Kugellagern 27 drehbar gelagert. Die Kugellager 27 mit der Welle 20 sind durch Sicherungsringe 26 und 28 axial in dem Gehäuseaufsatz 36 gehalten. Auf dem in der Zeichnung oberen aus dem Gehäuseaufsatz 36 heraus ragenden Ende der Welle 20 sitzt fest eine Zahnscheibe 21. An dem in der Zeichnung unteren aus dem Gehäuseaufsatz 36 heraus und in das Gehäuse 34 hinein ragenden Ende der Welle 20 sitzt fest eine Zahnscheibe 29.

Auf dem Gehäuseaufsatz 36 ist ein als Trägerplatte ausgebildeter Motorhalter 24 montiert. An diesem Motorhalter 24 ist ein Motor 25 angeflanscht, der als Wechselstrom-Servomotor ausgebildet ist.

Auf der nach oben durch den Motorhalter 24 ragenden Abtriebswelle des Motors 25 sitzt fest eine Zahnscheibe 23. Ein endloser Zahnriemen 22 umschlingt die Zahnscheiben 21 und 23. Ebenso umschlingt ein endloser Zahnriemen 30 die Zahnscheiben 15 und 29. Der Motor 25 kann auf diese Weise über die Zahnscheibe 23, den Zahnriemen 22, die Zahnscheibe 21, die Welle 20, die Zahnscheibe 29, den Zahnriemen 30, die Zahnscheibe 15 und die Hauptwelle 14 die Spindel 16 drehend antreiben.

Sowohl der Servomotor 25 als auch der pneumatische Antrieb des Kolbens 9 können über eine speicherprogrammierbare Steuerung (SPS-Steuerung) gesteuert werden. Die SPS-Steuerung ist dabei in einem außerhalb der Presse angeordneten Schaltschrank aufgenommen, wobei über die SPS-Steuerung mehrere Bearbeitungseinheiten der vorstehend beschriebenen Art parallel und synchronisiert gesteuert werden können.

Entsprechend einem ausgewählten Programm der SPS-Steuerung können verschiedene Funktionen mittels der Bearbeitungseinheit durchgeführt werden.

Das Gewindeformen läuft wie folgt ab:
Durch einen Startimpuls der Presse oder des Umformwerkzeuges wird der Motor 25 gestartet. Gleichzeitig wird der Kolben 9 mit der Spindel 16 gegen das zu bearbeitende Material gefahren und der Gewindeformvorgang wird durchgeführt. Nach Beendigung des Gewindeformvorganges wird über die Programmsteuerung das Gewindeform-Werkzeug 19 zurückgedreht und in die Ausgangsstellung gefahren. Dieser Ablauf wiederholt sich bei jedem Pressenhub mit Eingang des Startimpulses in der Steuerung. Der Bearbeitungsvorgang wird auf diese Weise mit dem Pressentakt synchronisiert durchgeführt.

Bei diesem Gewindeformen können unter anderem folgende Parameter in der SPS-Steuerung programmiert werden:
Drehgeschwindigkeit beim Gewindeformen
Drehgeschwindigkeit beim Zurückfahren
Schneller Vorschub bis an das Material
Anzahl der Gewindeumdrehungen beim Formen
Anzahl der Rückhubumdrehungen
Start und Stoprampe des Motors
Festlegung des geringsten und stärksten Drehmoments
Dokumentation für die Kontrolle z. B. über einen PC
Fehlermeldungen bei Störungen
Umstellung von Rechtsgewinde auf Linksgewinde
Zählen der Stückzahlen
Zykluszeit
Überwachung.

Das Reiben von Bohrungen läuft wie folgt ab:
Durch den Startimpuls der Presse oder des Umformwerkzeuges wird der Motor 25 in Betrieb gesetzt. Durch den pneumatischen Kolben 9 wird die Spindel 16 gegen das zu bearbeitende Material gefahren und mittels der programmierten Steuerung wird der Reibvorgang durchgeführt. Dabei können unter anderem folgende Parameter programmiert werden:
Drehzahl (bei Vor- und Rückhub unterschiedlich)
Hubgeschwindigkeit (unterschiedlich für einzelne Bereiche des Hubweges)
Vorschub (für Vor- und Rückhub unterschiedlich).

Das Einbringen von Schrauben läuft wie folgt ab:
Die Schrauben werden mit einer Zuführeinrichtung in dem Werkzeug auf ein Gewinde des Materials gebracht und positioniert. Durch den Startimpuls der Presse oder des Umformwerkzeuges fährt die Spindel 16 mit einem eingespannten Schraubendreher-Bit unter langsamer Drehung auf die Schraube zu, bis das Schraubendreher-Bit im Schlitz bzw. Innensechskant der Schraube gefangen wird. Dann wird die Drehzahl erhöht und die Schraube mit der programmierten Drehgeschwindigkeit in das Material eingedreht.

Dabei können folgende Parameter in der SPS-Steuerung programmiert werden:
Anzahl der Umdrehungen zum Finden der Schraube
Drehgeschwindigkeit zum Finden der Schraube
Anzahl der Umdrehungen zum Eindrehen der Schraube
Drehgeschwindigkeit zum Eindrehen der Schraube
Zykluszeit-Überwachung
Drehmomentabfrage
Stückzahl-Erfassung.

1: Scheibe
2: Senkschraube
3: Scheibe
4: O-Ring
5: Kugellager
6: Deckel
7: Sicherungsring
8: O-Ring
9: Kolben
10: Magnet
11: Zylinder
12: Nutring
13: Kugellager
14: Hauptwelle
15: Zahnscheibe
16: Spindel
17: Hülse
18: Mutter
19: Werkzeug
20: Welle
21: Zahnscheibe
22: Zahnriemen
23: Zahnscheibe
24: Motorhalter
25: Motor
26: Sicherungsring
27: Kugellager
28: Sicherungsring
29: Zahnscheibe
30: Zahnriemen
31: Sensoren
32: Pneumatischer Anschluss
33: Pneumatischer Anschluss
34: Gehäuse
35: Gewindebohrungen
36: Gehäuseaufsatz
37: Spannschraube
38: Distanzbolzen
39: Blechverkleidung
40: Befestigungsbohrungen

Claims

Bearbeitungseinheit zum Einbau in eine Presse, Stanze oder dergleichen, mit wenigstens einer Spindel zur Aufnahme eines Werkzeugs, mit einem Elektromotor und einem Getriebe für den Rotationsantrieb der Spindel und mit einem Fluidaggregat für den Hubantrieb der Spindel, dadurch gekennzeichnet, dass das Fluidaggregat einen doppelt wirkenden Kolben (9) mit steuerbarem Hubantrieb aufweist.
Bearbeitungseinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Sensoreinheit (10, 31) die Hubposition des Kolbens (9) detektiert.
Bearbeitungseinheit nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Hubantrieb des Kolbens (9) entsprechend der detektierten Hubposition steuerbar ist.
Bearbeitungseinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektromotor (25) für den Rotationsantrieb der Spindel (16) ein Wechselstrom-Servomotor ist.
Bearbeitungseinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotationsantrieb der Spindel (16) und der Hubantrieb des Kolbens (9) über eine speicherprogrammierbare Steuerung gesteuert werden.
Bearbeitungseinheit nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass eine gemeinsame speicherprogrammierbare Steuerung mehrere Bearbeitungseinheiten synchronisiert steuert.
Bearbeitungseinheit nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die speicherprogrammierbare Steuerung in einem Schaltschrank angeordnet ist und mit der in die Presse, Stanze oder dergleichen eingebauten Bearbeitungseinheit über Kabel verbunden ist.
Bearbeitungseinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Spindel (16) eine Spanneinrichtung (17, 18) zur auswechselbaren Aufnahme eines Werkzeugs (19) aufweist.
Bearbeitungseinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass für unterschiedliche Bearbeitungsvorgänge, Gewindeform-, Bohr- oder Reibwerkzeuge oder Schraubendreher-Bits an der Spindel (16) gespannt werden können.