DE19822372A1 - Arbeitskopf für eine Werkzeugmaschine - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Arbeitskopf für eine Werkzeugma­ schine nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Die Härte eines Materials kennzeichnet seine Widerstandsfähig­ keit gegenüber Kratzern und kann daher zur Bewertung der Tauglichkeit eines Materials zur Bearbeitung auf einer Maschine dienen, die drehbare Werkzeuge zur Zerspanung, z. B. zum Schrauben und/oder Fräsen, verwen­ det. Die Härte ist indessen auch eine der Materialgrößen, die ein Aus­ wählen zwischen Bohren/Fräsen bei einer bestimmten Bearbeitung eines be­ stimmten Materials ermöglicht. Materialien wie Holz und Kunststoff wei­ sen in guter Näherung eine ähnliche Härte auf, so daß sie mit einer Ma­ schine zum Bohren/Fräsen gleichermaßen bearbeitbar sind.

Zur Bearbeitung von Platten aus Holz, Kunststoff oder anderen Materialien ähnlicher Härte ist eine Maschine zum Bohren/Fräsen bekannt, die mit einem Arbeitskopf versehen ist, welcher eine Vielzahl von neben­ einander angeordneter Spindeln umfaßt. Jede Spindel trägt an einem frei­ en Ende eine Hülse zur Aufnahme eines zylindrischen Werkzeugs, bei­ spielsweise eines Spiralbohrers oder Fräsers. Die jeweiligen Längsachsen der Spindeln sind parallel und einander zugestellt, um parallele Bohrun­ gen mit reduziertem Achsabstand durchführen zu können.

Jeder Arbeitskopf umfaßt ein Gehäuse, in dessen Innerem die Spindeln drehbar und axial feststehend aufgenommen werden, sowie ein Ge­ triebe, das mit den Spindeln zusammenwirkt und sie mechanisch mit einem einzigen von dem Gehäuse getragenen Antrieb verbindet. Solche Getriebe sind im allgemeinen Ketten-, Zahnrad- oder Zahnriemengetriebe. Alle die­ se mechanischen Getriebearten erfordern besondere Maßnahmen, um den Ar­ beitskopf im Betriebszustand zu halten. Der Arbeitskopf muß mit Vorrich­ tungen zur Wärmeabfuhr aus dem Inneren des Gehäuses versehen werden. Ei­ ne solche Wärmeabfuhr wird im Falle eines Zahnrad- oder Kettenradgetrie­ bes durch Schmierung und im Falle eines Riemengetriebes durch Belüftung realisiert.

Die Aktivierung des Antriebs bewirkt die Betätigung sämtlicher Spindeln ohne Ausnahme unabhängig von dem Vorhandensein von Werkzeugen an der jeweiligen Spindel. Die Unmöglichkeit, nur solche Spindeln auszu­ wählen, die effektiv in die Bearbeitung miteinbezogen sind, führt dazu, daß jede Spindel für eine Gesamtbetriebszeit aktiviert wird, die norma­ lerweise die effektive Zeit ihrer Bearbeitung übersteigt. Hieraus folgt, daß der Verschleiß der rotierenden Teile (beispielsweise der Zahnräder, Ketten oder Riemen) normalerweise größer ist, als sich aus dem effekti­ ven Arbeitszyklus berechnen läßt.

Ferner ergibt sich, daß sämtliche Spindeln für eine erhöhte Leistung ausgelegt werden müssen, damit jede der Spindeln die Zerspa­ nung des Holzmaterials auch unter Bedingungen durchführen kann, bei de­ nen die Energieaufnahme höher als vorgesehen ist. Die zur Betätigung des Arbeitskopfes erforderliche Energie ist jedoch normalerweise größer als zur Durchführung der Bearbeitung wünschenswert, woraus eine beträchtliche Energievergeudung folgt. Das ständige Aufeinanderfolgen von Mikro­ stößen zwischen Zahnradteilen, die das Drehmoment übertragen, welches erforderlich ist, um die unterschiedlichen Spindeln in Bewegung zu ver­ setzen, bewirkt eine Lärmentwicklung, die umso größer ist, je mehr Spin­ deln betätigt werden. Es ist offensichtlich, daß die Funktion einer größeren Zahl von Spindeln als erforderlich eine Lärmentwicklung hervor­ ruft, die größer als die der Betätigung der zur Durchführung eines Ar­ beitszyklus notwendigen Spindeln hypothetisch entsprechende ist.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Arbeitskopf für eine Werk­ zeugmaschine nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 zu schaffen, der es ermöglicht, nur die benötigten Spindeln anzutreiben.

Diese Aufgabe wird entsprechend dem kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 gelöst.

Hierzu ist für jede Spindel des Arbeitskopfes ein Rotationsan­ trieb vorgesehen, welcher mechanisch mit einer einzigen der Spindeln verbunden ist.

Ein solcher Arbeitskopf hat darüber hinaus die Vorteile, daß ein Verschleiß von in Bewegung befindlichen Teilen verringert wird, kei­ ne Vorrichtung zur Schmierung oder Belüftung des Inneren eines die Spin­ deln tragenden Gehäuses erforderlich ist und die Lärmentwicklung und der Energieverbrauch vermindert werden.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind der nachfolgenden Beschreibung und den Unteransprüchen zu entnehmen.

Die Erfindung wird nachstehend anhand von in den beigefügten Abbildungen dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert.

Fig. 1 zeigt einen Arbeitskopf in einer ersten bevorzugten Ausführungsform.

Fig. 2 zeigt eine Perspektivansicht einer mit dem Arbeitskopf aus Fig. 1 versehenen Bearbeitungsmaschine.

Fig. 3 zeigt vergrößert einen Querschnitt des Arbeitskopfes von Fig. 1.

Fig. 4 zeigt einen Querschnitt eines Arbeitskopfs in einer zweiten bevorzugten Ausführungsform.

Gemäß Fig. 1 ist ein Arbeitskopf 1 zur spanenden Bearbeitung von Platten 2 aus Holz, Kunststoff oder anderen Materialien von ähnli­ cher Härte mittels im wesentlichen zylindrischen Werkzeugen 3 beispiels­ weise durch Schrauben oder Fräsen geeignet. Der Arbeitskopf 1 ist auf einer Bearbeitungsmaschine 4 montiert (in Fig. 2 gezeigt), welche ein Bett 5 aufweist, das als Auflage und zum Aufspannen der Platten 2 wäh­ rend einer Bohr- und/oder Fräsbearbeitung dient. Die Bearbeitungsmaschi­ ne 4 umfaßt ferner oberhalb des Bettes 5 ein festes Portal 6, welches mit einem Paar vertikaler Ständer 7 versehen ist, die einen sich längs zum Bett 5 in einer Richtung 9 erstreckenden Träger 8 abstützen. Die Be­ arbeitungsmaschine 4 trägt den Arbeitskopf 1 über eine Stellvorrichtung 10 (nur schematisch dargestellt), über die der Arbeitskopf 1 in drei zu­ einander orthogonalen Richtungen, der Richtung 9, der vertikalen Rich­ tung und einer weiteren zu dieser orthogonalen Richtung bewegbar ist. Die Stellvorrichtung 10 ist von einem im wesentlichen quaderförmigen Schutzgehäuse 11 verdeckt, welches den Außenbereich des Arbeitskopfes 1 vor Spänen schützt, die bei der Bearbeitung durch die Werkzeuge 3 er­ zeugt werden.

Gemäß Fig. 1 bis 3 umfaßt der Arbeitskopf 1 ein sich transver­ sal zur Richtung 9 erstreckendes Gehäuse 15. Das Gehäuse 15 beherbergt gemäß Fig. 1 auf einer festen Achse und um ihre Achsen drehbar eine Vielzahl von im wesentlichen senkrecht zur Richtung 9 nebeneinander an­ geordneten Spindeln 16. Jede Spindel 16 weist einen zylindrischen Monta­ geschaft 17 auf, welcher innerhalb des Gehäuses 15 über Wälzlager 18 ge­ tragen wird. Gemäß Fig. 3 weist jede Spindel eine vertikale Längsachse 19 auf und wird nach unten durch eine Hülse 20 begrenzt. Die Hülse 20 weist einen koaxialen Sitz 25 zur starren Aufnahme eines Montageschafts 26 eines zylindrischen Werkzeugs 3 auf. Das Gehäuse 15 wird nach oben durch eine Platte 27 begrenzt, welche auf der den Montageschäften 17 der Spindeln 16 abgekehrten Seite eine Vielzahl von Rotationsantrieben 28 trägt, von denen jeder zu einer der Spindeln 16 koaxial ist. Eine zum jeweiligen Rotationsantrieb 28 gehörende Antriebswelle 3O erstreckt sich in das Innere des Gehäuses 15 und ist am oberen Ende der Spindel 16 von einem entsprechenden Sitz aufgenommen. Jede Spindel 16 ist somit mit dem jeweiligen Rotationsantrieb 28 über die zugehörige Antriebswelle 3O fest verbunden. Die Verwendung eines koaxialen Rotationsantriebs 28 für jede der Spindeln 16 ermöglicht die direkte Übertragung eines von dem Rota­ tionsantrieb 28 erzeugten Drehmoments auf ein Werkzeug 3. Dies ist be­ sonders für den Fall vorteilhaft, daß der mit Rotationsantrieben 28 ver­ sehene Arbeitskopf 1 die jeweiligen Spindeln 16 bei hoher Geschwindig­ keit antreibt. Das Fehlen eines mechanischen Getriebes verringert den Energieverlust in Form von Wärme oder Geräuschen.

Das Gehäuse 15 ist nach unten durch eine Platte 32 begrenzt, welche ein Wälzlager 18 für jede Spindel 16 sowie unter dem Wälzlager 18 ein Gleitlager 33 zum Abschließen des Gehäuses 15 nach unten aufweist. Der Arbeitskopf 1 umfaßt schließlich eine programmierbare logische Steuerung 35, die in Fig. 2 einfachheitshalber neben dem Arbeitskopf 1 dargestellt ist. Die Steuerung 35 ermöglicht es, die Rotationsantriebe 28, die zur Durchführung eines Arbeitszyklus betätigt werden sollen, be­ liebig auszuwählen.

Als Rotationsantrieb 28 kann unterschiedslos ein elektrischer, insbesondere bürstenloser, oder pneumatischer verwendet werden. Für den Fall, daß die Möglichkeit der Verwendung nur eines Teils von Spindeln geschaffen werden soll, die aber in größerem Umfang von Anfang an für einen Arbeitszyklus bestückt sind, kann der Arbeits­ kopf 1 modifiziert werden.

Gemäß Fig. 4 trägt, um den Aufbau zu erhalten, bei dem an jede Spindel 16 ein zugehöriger Rotationsantrieb 28 ankoppelbar ist, der Ar­ beitskopf 1 jede Spindel 16 unter Zwischenschaltung einer drehbaren prismatischen Führung 36. Die prismatische Führung 36 ist im Inneren ei­ nes Hohlraums 37 des Gehäuses 15 ausgebildet und mit der Längsachse 19 der Spindel 16 koaxial. Die prismatische Führung 36 umfaßt einen hohlen Zylinder 38, der von dem Gehäuse 15 axial feststehend und über ein Wälz­ lager und einen Rollenkäfig drehbar gelagert wird. Der Zylinder 38 ist ferner mit der Antriebswelle 30 des zugehörigen Rotationsantriebs 28 fest verbunden, wobei er das Drehmoment unmittelbar vom Rotationsantrieb 28 aufnehmen kann. Der Zylinder 38 nimmt in seinem Inneren axial glei­ tend und drehfest einen zur prismatischen Führung 36 passenden zylindri­ schen Montageschaft 39 der entsprechenden Spindel 16 auf. Der Montageschaft 39 trägt an dem dem Rotationsantrieb 28 zugewandten Ende einen zur Führung 36 gehörenden Querstift 40, welcher durch ein Paar von Längsschlitzen 41 geführt ist, welche im oberen Bereich des Zylinders 38 einander zugewandt angeordnet sind. Der Montageschaft 39 gleitet zwar in dem Zylinder 38 axial, ist jedoch nicht hierzu frei drehbar. Es sind zwei Längsschlitze 41 vorhanden, von denen in Fig. 1 nur einer sichtbar ist.

Der Arbeitskopf 1 umfaßt ferner für jede Spindel 16 eine Stellvorrichtung 45, die von dem Gehäuse 15 seitlich vom jeweiligen Zy­ linder 38 getragen wird. Die Stellvorrichtung 45 umfaßt einen Linearan­ trieb 46 mit einer zugehörigen Längsachse 47, die parallel zur Längsach­ se 19 verläuft, sowie eine Stange 48, die in vertikaler Richtung beweg­ lich ist. Die Stellvorrichtung 45 umfaßt außerdem eine Platte 49, die mit einem Paar von Sitzen 50, 51 versehen ist, welche nebeneinander an­ geordnet sind und über die jeweils ein freies Ende der Stange 48 und ein Zwischenstück 52 der jeweiligen Spindel 16 zwischen dem Montageschaft 39 und der Hülse 20 aufnehmbar ist. Das Zwischenstück 52 ist an die Platte 49 unter Zwischenschaltung eines Radiallagers gekoppelt.

Der Linearantrieb 46 bewegt axial die Spindel 16 über die Platte 49, und diese Axialbewegung der Spindel 16 kann unabhängig vom Bewegungs- oder Ruhezustand des Rotationsantriebs 28 dank der gleichzei­ tigen direkten Übertragung des Drehmoments an die Spindel 16 entspre­ chend der prismatischen Führung 36 in einem beliebigen Moment durchge­ führt werden.

Jeder Rotationsantrieb 28 ist zu der jeweiligen Spindel 16 koaxial und mit dem Gehäuse 15 fest verbunden.

Falls notwendig, kann das Gehäuse 15 modifiziert werden, um eine direkte Kopplung jedes Rotationsantriebs 28 mit der jeweiligen Spindel 16 ohne Einfügung der jeweiligen prismatischen Führung 36 zu er­ möglichen. Beispielsweise können der Rotationsantrieb 28 und die zugehö­ rige Spindel 16 auf einem gemeinsamen Schlitten montiert und der Schlit­ ten mit einer von dem Gehäuse 15 getragenen Führung gekoppelt werden.

Für den Fall, daß die Erfordernis zur Wärmeabfuhr verringert ist, kann, beispielsweise aus Gründen des Platzbedarfs, auf die direkte Bewegungsübertragung zwischen dem Rotationsantrieb 28 und der jeweiligen Spindel 16 verzichtet werden. In diesem Falle wird zwischen den Spindeln 16 und den Rotationsantrieben 28 ein Getriebe angeordnet, beispielsweise ein Zahnradgetriebe oder ein Ketten- oder Riemenantrieb. Auch in diesem Falle bleibt das Konzept erhalten, daß die Rotation jeder Spindel 16 von einem bestimmten Rotationsantrieb 28 durchgeführt wird, der unabhängig von der Steuerung 35 angesteuert wird.

Claims (15)

1. Arbeitskopf (1) für eine Werkzeugmaschine (4) zur spanenden Bearbeitung von Platten (2) aus Holz, Plastik oder anderen Materialien ähnlicher Härte mit einer Vielzahl nebeneinander angeordneter Spindeln (16), von denen jede eine zugehörige Rotationsachse (19) und eine Hülse (20) zur Aufnahme eines Werkzeugs (3) aufweist und mit einer Antriebs­ einrichtung für die Spindeln (16), dadurch gekennzeichnet, daß die An­ triebseinrichtung für jede Spindel (16) einen eigenen Rotationsantrieb (28) umfaßt, der mechanisch mit der zugehörigen Spindel (16) gekoppelt ist.

2. Arbeitskopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens einer der Rotationsantriebe (28) eine zur Rotationsachse (19) der zugehörigen Spindel (16) koaxiale Antriebswelle (30) aufweist.

3. Arbeitskopf nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens einer der Rotationsantriebe (28) eine gegenüber der je­ weiligen Rotationsachse (19) der zugehörigen Spindel (16) versetzte An­ triebswelle (30) aufweist.

4. Arbeitskopf nach Anspruch 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotationsantrieb (28) mit einer Antriebswelle (30) versehen ist, die fest mit einer Spindel (16) gekoppelt ist.

5. Arbeitskopf nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch ge­ kennzeichnet, daß ein Gehäuse (15) vorgesehen ist, welches die Spindeln (16) axial fest und um die jeweilige Rotationsachse (19) drehbar auf­ nimmt.

6. Arbeitskopf nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch ge­ kennzeichnet, daß ein Gehäuse (15) vorgesehen ist, welches mindestens eine der Spindeln (16) axial verschiebbar und um die jeweilige Rota­ tionsachse (19) drehbar aufnimmt.

7. Arbeitskopf nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch ge­ kennzeichnet, daß ein Gehäuse (15) mit jedem der Rotationsantriebe (28) fest verbunden ist.

8. Arbeitskopf nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch ge­ kennzeichnet, daß ein Gehäuse (15) alle Rotationsantriebe (28) axial verschiebbar trägt.

9. Arbeitskopf nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch ge­ kennzeichnet, daß Stellantriebe (45) zur beliebigen Einstellung der Po­ sition der jeweiligen Hülse (20) bezüglich eines Gehäuses (15) längs der jeweiligen Rotationsachse (19) vorgesehen sind.

10. Arbeitskopf nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (15) einen zur Spindel (16) koaxialen Hohlraum (37) auf­ weist, in dem sich ein Zylinder (38) entlang der entsprechenden Rota­ tionsachse (19) erstreckt, wobei der Zylinder (38) von dem Gehäuse (15) axial feststehend und um seine Achse drehbar gelagert wird und in seinem Inneren axial verschiebbar und drehfest einen zylindrischen Montage­ schaft (39) der Spindel (16) aufnimmt, wobei der Stellantrieb (45) einen mit der Spindel (16) verbundenen Linearantrieb (46) bildet und mit ei­ ner zur Rotationsachse (19) parallelen Stange (48) versehen sind, wobei eine Platte (49) ein freies Ende der Stange (48) starr und ein Zwischen­ stück (52) der Spindel (16) zwischen dem Montageschaft (39) und der Hül­ se (20) frei drehbar und axial fest aufnimmt.

11. Arbeitskopf nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Zylinder (38) und der Montageschaft (39) miteinander drehfest und axial verschiebbar über einen Querstift (4O) verbunden sind, welcher in mindestens einem in dem zylindrischen Körper (38) vorgesehenen Längs­ schlitz (41) geführt ist.

12. Arbeitskopf nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Gesamtheit aus Zylinder (38), Montageschaft (39), Querstift (40) und Längsschlitz (41) eine prismatische Führung (36) zur Führung der Spindel (16) in direkter Bewegung längs der zugehörigen Rotationsachse (19) festlegt.

13. Arbeitskopf nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Rotationsantrieb (28) ein Elektromotor ist.

14. Arbeitskopf nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektromotor bürstenlos ist.

15. Arbeitskopf nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Rotationsantrieb (28) ein Pneumatikmotor ist.