DE1752067A1 - Werkzeugmaschine - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft Werkzeugmaschinen, bei welchen eine Relativbewegung zwischen einem Werkstück und einem Werkzeug einerseits erforderlich ist, um von dem Werkstück Material wegzunehmen und andererseits denjenigen Teil des Werkstückes zu bestimmen, von welchem Material wegzunehmen ist.

Bei einer Gruppe solcher Werkzeugmaschinen, welche Drehbänke einschließt, dreht sich das Werkstück fortlaufend um eine Maschinenachse, wodurch der materialabnehmende Arbeitsvorgang bewirkt wird, während ein Verschieben des Werkzeuges axial und/oder radial zur Maschinenachse dazu dient, denjenigen Teil des Werkstückes zu bestimmen, von welchem Material zu entfernen ist.

Bei einer zweiten Gruppe solcher Werkzeugmaschinen, welche Fräsmaschinen einschließt, wird die materialentfernende Tätigkeit durch fortlaufendes Drehen des Werkzeuges um eine Achse erzielt, während durch Relativbewegung zwischen dem Werkstück und der Maschinenachse derjenige Teil des Werkstückes bestimmt wird, von welchem Material zu entfernen ist.

Bei diesen beiden Maschinengruppen ist mindestens eine zweidimensionale, in einer zur Maschinenachse normalen Ebene verlaufende Relativbewegung zwischen dem Werkstück und der Maschinenachse erforderlich, während gewöhnlich noch eine zusätzliche Bewegung in einer zu der Maschinenachse parallelen Richtung erforderlich ist. Diese zwei oder drei Bewegungen verlaufen normalerweise innerhalb zueinander rechtwinkeliger Achsen und werden durch in geradlinigen Führungen geführte Schlitten ausgeführt. Zur Ausrichtung eines bestimmten Punktes des Werkstückes relativ zur Maschinenachse sind normalerweise zwei unter einem rechten Winkel zueinander verlaufende Bewegungen erforderlich, wobei entweder die Werkzeugachse oder das Werkstück verstellt wird.

Durch die Erfindung soll die Aufgabe gelöst werden, bei Werkzeugmaschinen der vorstehend dargelegten Art Relativbewegungen zwischen dem Werkstück und der Maschinenachse auf einfache und automatisch steuerbare Weise ausführen zu können.

Im Sinne der Lösung dieser Aufgabe geht die Erfindung von einer Werkzeugmaschine mit einer Werkstückhalterung aus, die an einem Zwischenelement angebracht ist, welches durch einen, in einem Gehäuse drehbar gelagerten Körper gehalten wird. Eine solche Werkzeugmaschine ist gemäß der Erfindung dadurch gekennzeichnet, dass das Zwischenelement derart mit dem drehbar gelagerten Körper verbunden ist, dass es während des Betriebes der Werkzeugmaschine diametral über den drehbar gelagerten Körper hinweg verstellbar ist. Um die Werkstückhalterung herum ist unter verschiedenen Winkelstellungen vorzugsweise eine Vielzahl von Werkzeugen bzw. Werkzeughalterungen verteilt.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann die Werkstückhalterung um eine zur Drehachse des drehbar gelagerten Körpers parallele Achse fortlaufend drehbar sein, so dass mittels eines oder mehrerer von den genannten Werkzeugen ausgewählter Werkzeuge von dem betreffenden Werkstück Material abgenommen und der Radialabstand zwischen der Maschinenachse und demjenigen Teil des Werkstückes durch Diametralbewegung des Zwischenelementes verändert werden kann, welcher durch das betreffende Werkzeug bearbeitet werden soll.

Die Werkstückhalterung hat vorzugsweise die Form eines Spannfutters, mittels welchem das Werkstück an dem Zwischenelement lösbar gehalten wird.

Ferner ist das Zwischenelement vorzugsweise über den ganzen Durchmesser des drehbar gelagerten Körpers hinweg verstellbar, so dass durch eine fortlaufende Diametralbewegung dieses Zwischenelementes das Werkstück über seine ganze Breite hinweg bearbeitbar ist.

Der Antrieb zur Drehung des Werkstückes hat vorzugsweise die Form eines hydraulischen Schiefscheibenmotors und/oder eines Kugelmotors.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigen:

Figur 1 einen schematischen Teillängsschnitt einer Werkzeugmaschine gemäß der Erfindung entlang der Ebene I-I in Figur 2, in Pfeilrichtung gesehen,

Figur 2 einen schematischen Teilquerschnitt der erfindungsgemäßen Werkzeugmaschine entlang der Ebene II-II in Figur 3, in Pfeilrichtung gesehen, und

Figur 3 einen schematischen Teillängsschnitt der erfindungsgemäßen Werkzeugmaschine entlang der Ebene III-III in Figur 2, in Pfeilrichtung gesehen.

Die in den Zeichnungen dargestellte Werkzeugmaschine gemäß der Erfindung weist ein äußeres, im Querschnitt im wesentlichen rechteckiges Gehäuse 1 auf, dessen Ecken zur Erleichterung seiner Herstellung als Gussteil abgerundet sind. Eine horizontale Achse des Gehäuses 1 ist mit der Bezugszahl 3 bezeichnet. In dem Gehäuse 1 befindet sich ein zylindrisches Zwischengehäuse 5, welches an zwei vorzugsweise einander gegenüberliegenden Seiten je einen Zylinder 7 aufweist, in welchen sich je ein Druckkolben 9 befindet, dessen Kolbenstange mit ihrem rückwärtigen Ende an einer Stirnwandung 11 des äußeren Gehäuses 1 befestigt ist. Das Zwischengehäuse 5 ist innerhalb des äußeren Gehäuses 1 mittels eines dieses Zwischengehäuse haltenden linearen, hydrostatischen Öllagers 10 gelagert. Am Zwischengehäuse 5 ist ein Linearübertrager angeordnet, der mittels eines in den Zeichnungen nicht dargestellten, an dem äußeren Gehäuse 1 angeordneten Fühlerkopfes abgetastet wird, wodurch sowohl Stellungs- als auch Geschwindigkeitsdaten überwacht werden. Die beiden Druckkolben 9 sind in doppeltwirkenden Zylindern gelagert, so dass das Zwischengehäuse 5 in bezug auf das äußere Gehäuse 1 axial verstellt und dann jeweils in einer bestimmten Stellung gehalten werden kann.

In dem Zwischengehäuse 5 befindet sich ein drehbar angeordneter Zylinderkörper 13, in dessen Rückwand ein hydrostatischer Motor 15 mit einer Motorwelle 17 angeordnet ist, welch letztere ein Ritzel 19 aufweist, welches in einen konzentrisch zu dem Zylinderkörper 13 angeordneten, von dem Zwischengehäuse 5 gehaltenen

Zahnkranz 21 eingreift. Mittels des Motors 15 kann der Zylinderkörper 13 je nach Erfordernis in bezug auf das Zwischengehäuse 5 entweder im Uhrzeigersinn oder im Gegenuhrzeigersinn gedreht und daraufhin in einer bestimmten relativen Stellung gehalten werden. Ein an der rückwärtigen Wandung des Zylinderkörpers 13 befestigter, ringförmiger optischer Raster 23 wirkt mit einem optischen Lesekopf 25 zusammen, welcher an dem Zwischengehäuse 5 befestigt ist. Die von dem elektrischen Ausgang dieses Lesekopfes 25 abgeleiteten Signale entsprechen jeweils der Ausrichtung und dem Maß der Winkelversetzung des Zylinderkörpers 13 in bezug auf das Zwischengehäuse 5.

Der Zylinderkörper 13 weist eine sich diametral erstreckende mittige Öffnung 31 auf, in welcher ein Spindellagergehäuse 33 angeordnet ist, welches zu beiden Seiten einer diametralen Achse 35 jeweils mit einem doppeltwirkenden Zylinder 37 versehen ist, in welchem jeweils ein Druckkolben 39 angeordnet ist, dessen jeweilige Kolbenstangen 41 jeweils mit ihren beiden Enden an dem Zylinderkörper 13 befestigt sind. Die beiden doppeltwirkenden Zylinder dienen dazu, das Spindellagergehäuse 33 einerseits längs der genannten Achse 35 zu verschieben und es andererseits in seiner jeweils eingestellten Stellung zu halten.

In dem Spindellagergehäuse 33 ist eine Spindel 45 gelagert, an deren einem Ende ein Spannfutter 47 befestigt ist und welche nahe diesem Ende einen Ringbund 49 mit zwei Ringflächen 52 und 53 aufweist, welch letztere zu der Spindelachse hin jeweils unter einem Winkel von 45° geneigt sind und welche zur axialen und radialen Fixierung der Spindel mit komplementären Flächen des Spindellagergehäuses zusammenwirken. Die Lagerflächen sind mit hydrostatischen Lagern versehen, wodurch sich bei sehr geringer Reibung eine genaue Ausrichtung der Spindel ergibt. Nahe ihrem anderen Ende hält die Spindel 45 den Zylinderblock 55 eines hydraulischen Schiefscheibenmotors 57, dessen Kolben mit ihren Gleitfüßen an einer vom Spindellagergehäuse 33 gehaltenen Schiefscheibe 59 anliegen. Um den Umfang des Ringbundes 49 herum sind Zylinder eines mehrnockigen Kugelmotors 60 angeordnet, dessen Kugeln an einer umfänglichen Nockenbahn anliegen. Mittels der Motoren 57 und 60 kann die Spindel 45 mit konstanter Drehzahl angetrieben werden, wodurch eine entsprechende Drehung des Spannfutters 47 und des in dieses Spannfutter eingespannten Werkstückes erzielt wird. Das letztgenannte Spindelende ist in einem hydrostatischen Zapfenlager 61 des Zylinderkörpers 13 gelagert. Der Kugelmotor 60 hat zwei Funktionen: a) Er liefert den unteren Teil des Drehbereiches der Spannfuttereinheit und

b) Er steuert die Winkeleinstellung und die Geschwindigkeit des Werkstückes bei Arbeitsgängen wie beispielsweise Fräsen oder Bohren.

Die Kombination eines Kugelmotors und eines Schiefscheibenmotors als Antrieb für Werkzeugmaschinen ist bereits an anderer Stelle vorgeschlagen worden.

Das Spindellagergehäuse 33 ist längs zweier parallel zur Querachse 35 verlaufender Seiten mit Gleitflächen 63 versehen, welche mit komplementären Flächen 65 des Zylinderkörpers 13 zusammenwirken. Die Gleitflächen 63 sind mit hydrostatischen Öllagern versehen wodurch sich bei nur geringer Reibung eine axiale und radiale Ausrichtung der Spindel 45 ergibt. Mit dem Spindellagergehäuse 33 ist außerdem ein optischer Raster 67 verbunden, welcher mit einem vom Zylinderkörper 13 gehaltenen Lesekopf 69 zusammenwirkt. Hierbei zeigt ein vom Ausgang des Lesekopfes 69 abgeleitetes elektrisches Signal die jeweils relativen Radialstellungen des Spindellagergehäuses 33 in bezug auf den Zylinderkörper 13 an.

Ein an der Spindel 45 angebrachtes und durch einen an dem Gehäuse befestigten Aufnahmekopf überwachtes Rotationsübertragungssystem liefert Stellungs- und Geschwindigkeitsinformationen bezüglich des Werkstückes 71.

Wie aus Figur 1 der Zeichnungen ersichtlich ist, sind um die Mittelachse des Zylinderkörpers 13 herum unter verschiedenen Winkelstellungen sechs Werkzeughalterungen 70 angeordnet, und zwar längs des äußeren Gehäuses 1 in einer Stellung, in welcher die betreffenden Werkzeuge das in das Spannfutter 47 eingespannte Werkstück 71 bearbeiten können.

Vier der Werkzeuge sind beispielsweise Drehstähle, während eine weitere Halterung eine Fräsvorrichtung und die letzte Halterung eine Bohrvorrichtung aufweisen.

Beim Betrieb der in den Zeichnungen dargestellten Werkzeugmaschine nach der Erfindung wird der Zylinderkörper 13 durch den hydrostatischen Motor 15 gedreht, wodurch die Diametralachse des Zylinderkörpers 13, wie dies durch den Ausgang des Lesekopfes 25 entsprechend angezeigt wird, auf das zu verwendende Werkzeug ausgerichtet wird. Daraufhin werden die Zylinder 7 je nach Erfordernis mit Flüssigkeit beaufschlagt, wodurch das

Zwischengehäuse 5 und demzufolge auch das Werkstück 71 axial zur Werkzeugmaschine verstellt wird, wodurch wiederum der jeweils zu bearbeitende Teil des Werkstückes dem betreffenden Werkzeug gegenübergestellt wird. Der Schiefscheibenmotor 57 bzw. der Kugelmotor 66 dienen dazu, das Werkstück 71 mit einer Drehzahl zu drehen, welche der richtigen Schnittgeschwindigkeit entspricht. Anschließend werden die doppeltwirkenden Zylinder 37 derart mit Druckflüssigkeit beaufschlagt, dass das Werkstück 71 radial zu dem jeweils ausgewählten Werkzeug, beispielsweise einem Drehstahl, bewegt wird. Die Schnitttiefe wird durch die radiale Einstellung des Werkstückes 71 bestimmt, während die Axialverschiebung des Werkstückes in bezug auf das Werkzeug durch die Zylinder 7 gesteuert wird.

Durch fortlaufende Steuerung des Spindellagergehäuses 33 und des Zwischengehäuses 5, wodurch die entsprechende Radial- und Winkeleinstellung gesteuert wird, kann erreicht werden, dass der Mittelpunkt des Werkstückes in einer Querebene verlaufende Sehnenbewegungen ausführt. Auf diese Weise können mittels der erfindungsgemäßen Werkzeugmaschine unter Verwendung des jeweils entsprechenden Fräs- oder Bohrwerkzeuges Arbeitsvorgänge wie beispielsweise Fräsen, Bohren oder Gewindeschneiden ausgeführt werden. Während der querverlaufenden Sehnenbewegung muß eine weitere Achse in den Betriebsablauf eingebracht werden, wodurch die Drehbewegung des betreffenden Teiles ausgeglichen wird. Dies wird durch entsprechende Steuerung des in dem Spindelstockantrieb angeordneten, zur Geschwindigkeits- und Lageneinstellung dienenden Kugelmotors erreicht. Die Geschwindigkeitssteuerung ermöglicht auch eine konstante Umfangsschnittgeschwindigkeit, was ein besonderer Vorteil der erfindungsgemäßen Werkzeugmaschine beim Planbearbeiten ist.

Hieraus ist ersichtlich, dass die Auswahl des jeweils zu verwendenden Werkzeuges in einfacher Weise durch Drehen des Zylinderkörpers 13 mittels des Motors 15 gesteuert wird, welch letzterer wiederum durch die von dem Lesekopf 25 gelieferten Stellungs-Informationssignale gesteuert wird. Die radiale Schnitttiefe wird gemäß der Erfindung in einfacher Weise in Abhängigkeit von den von dem Lesekopf 69 gelieferten Stellungs-Informationssignalen durch die Zylinder 37 gesteuert.

Auf diese Weise werden drei Steuerungen erzielt, welche jeweils voneinander vollständig getrennt sind und welche sich leicht zur Anwendung auf ein Steuersystem wie beispielsweise eine numerische Punkt-für-Punkt-Steuerung oder eine ununterbrochene Bahnsteuerung eignen.

Die Anordnung des Motors 15, des Ritzels 19 und des Zahnkranzes 21 machen die Verwendung eines verhältnismäßig teueren, einen toten Gang vermeidenden Getriebes erforderlich. Eine hierfür geeignete billigere Alternativausführung ist die Verwendung eines integrierten Kugelmotorantriebes, d.h. der direkte Antriebsmotor kann entweder eine normale vielnockige Ausführungsform oder eine Segmente aufweisende Ausführungsform sein, wie sie bereits andernorts vorgeschlagen wurde.

In Abwandlung der vorstehend beschriebenen Ausführungsform können anstelle der genannten linearen und Rotationsübertragungssysteme auch andere Übertragungssysteme Anwendung finden, deren Arbeitsweise auf dem Induktosyn- oder Helixynprinzip beruht.

Claims (6)

1. Werkzeugmaschine, mit einer Werkstückhalterung, die an einem Zwischenelement angebracht ist, welches durch einen, in einem Gehäuse drehbar gelagerten Körper gehalten wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Zwischenelement (33) derart mit dem drehbar gelagerten Körper (13) verbunden ist, dass es während des Betriebes der Werkzeugmaschine diametral über den drehbar gelagerten Körper hinweg verstellbar ist.

2. Werkzeugmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass um die Werkstückhalterung (47) herum unter verschiedenen Winkelstellungen eine Vielzahl von Werkzeugen bzw. Werkzeughalterungen (70) verteilt sind.

3. Werkzeugmaschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Werkstückhalterung (47) um eine zur Drehachse des drehbar gelagerten Körpers (13) parallele Achse fortlaufend drehbar ist, so dass mittels eines oder mehrerer von den genannten Werkzeugen (70) ausgewählter Werkzeuge von dem betreffenden Werkstück (71) Material abgenommen und der Radialabstand zwischen der Maschinenachse und demjenigen Teil des Werkstückes durch Diametralbewegung des Zwischenelementes (33) verändert werden kann, welcher durch das betreffende Werkzeug bearbeitet werden soll.

4. Werkzeugmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Werkstückhalterung (47) die Form eines Spannfutters hat, mittels welchem das Werkstück (71) an dem Zwischenelement (33) lösbar gehalten wird.

5. Werkzeugmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Zwischenelement (33) über den ganzen Durchmesser des drehbar gelagerten Körpers (13) hinweg verstellbar ist, so dass durch eine fortlaufende Diametralbewegung dieses Zwischenelementes das Werkstück über seine ganze Breite hinweg bearbeitbar ist.

6. Werkzeugmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Antrieb zur Drehung des Werkstückes (71) die Form eines hydraulischen Schiefscheibenmotors (57) und/oder eines Kugelmotors hat.