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Die
Erfindung betrifft eine Bearbeitungseinheit zum Einbau in eine Presse,
Stanze oder dergleichen gemäß dem Oberbegriff
des Anspruchs 1.
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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.
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Stand der Technik
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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.
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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.
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Hubantrieb
und Rotationsantrieb der Spindel sind daher zwangsgekoppelt, sodass
die Bearbeitungseinheit jeweils nur ein vorgegebenes Gewinde formen
kann.
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Bei
einer aus der
US 4,761,100 bekannten Bearbeitungseinheit
wird der axiale Hubantrieb der Spindel durch den Pressenhub erzeugt.
Mit einem einseitig mit Druckmittel beaufschlagbaren Kolben wird
die Gegenkraft der Spindel eingestellt.
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Bei
einer aus der
DE 35
36 323 C2 bekannten, gattungsgemäßen Bearbeitungseinheit wird
der axiale Hubantrieb der Spindel durch einen einseitig mit Druckmittel
beaufschlagbaren Kolben bewirkt. Die Rückstellung des Kolbens erfolgt über eine
Feder.
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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 einseitig 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.
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Aufgabenstellung
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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.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch
eine Bearbeitungseinheit mit den Merkmalen des Anspruchs 1.
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Vorteilhafte
Ausführungen
der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
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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
eingesetzt werden, wie z. B. Bohren, Reiben von Bohrungen und Eindrehen
von Schrauben.
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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.
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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 ex akt programmierbare Servosteuerung möglich ist. Diese
Servosteuerung bietet insbesondere auch den Vorteil, dass auch ein
pneumatischer Hubantrieb mit hoher Präzision durchgeführt werden
kann.
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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.
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Ausführungsbeispiel
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Im
Folgenden wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten
Ausführungsbeispiels
näher erläutert. Es
zeigen:
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1 eine
perspektivische Ansicht einer Bearbeitungseinheit,
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2 eine
Seitenansicht der Bearbeitungseinheit,
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3 eine
Stirnansicht der Bearbeitungseinheit,
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4 eine
Draufsicht auf die Bearbeitungseinheit,
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5 einen
Schnitt gemäß der Linie
A-A in 2,
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6 einen
Schnitt gemäß der Linie
B-B in 2 und
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7 einen
Schnitt gemäß der Linie
C-C in 4.
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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.
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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.
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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 Spindes 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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Entsprechend
einem ausgewählten
Programm der SPS-Steuerung können
verschiedene Funktionen mittels der Bearbeitungseinheit durchgeführt werden.
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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.
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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.
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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).
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Des
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.
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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.
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- 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