DE19928839A1 - Spindeladapter für eine stationäre Werkzeugmaschine - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Spindeladapter für eine stationäre Werkzeugmaschine mit einem um seine Längsachse rotierenden Werkzeug, der einfach aufgebaut ist und auch bei großen Längen des Werkzeugs stabil und schwingungsfrei arbeitet. Der Aufwand beim Werkzeugwechsel gesenkt und die Produktivität erhöht wird. DOLLAR A Erfindungsgemäß weist der Spindeladapter einen an einer nicht drehangetriebenen Hauptabtriebsspindel (1) einer stationären Werkzeugmaschine unter der Wirkung einer Verriegelungseinrichtung (5) angeschlossenen Spannkopf (6) mit einer stangenförmigen Verlängerung (23) auf, die an ihrem freien Ende zum Drehantrieb eines Werkzeugs (16) einen Antriebsmotor (19) mit einem Außendurchmesser aufweist, der kleiner als der Kreisdurchmesser des rotierenden Werkzeugs (16) ist, wobei der Kreisdurchmesser des Werkzeugs (16) größer als der Außendurchmesser der stangenförmigen Verlängerung (23) ist. DOLLAR A Das Einsatzgebiet der Erfindung ist das spanabhebende oder nichtspanabhebende Bearbeiten von Werkstoffen für die Herstellung von Formen, insbesondere von hitzebeständigen, bindemittelhaltigen Gießformen aus Sand für die Fertigung von Gußteilen aus Metall durch Fräsen oder Bohren.

Description

Die Erfindung betrifft einen Spindeladapter für eine stationäre Werkzeugmaschine mit einem um seine Längsachse rotierenden Werkzeug zum spanabhebenden oder nichtspanabhebenden Bearbeiten von Werkstoffen für die Herstellung von Formen, insbesondere von hitzebeständigen, bindemittelhaltigen Gießformen aus Sand für die Fertigung von Gußteilen aus Metall durch Fräsen oder Bohren.

Zur Fabrikation von Gußteilen aus Metall werden in der Praxis überwiegend Sandformen eingesetzt, die mit Hilfe von Modellen hergestellt werden. Da die Herstellung von Modellen aufwendig ist, besteht bei kleinen und mittleren Serien seit langem das Bedürfnis, Gießformen durch direktes Bearbeiten von hitzebeständigen Formmassen herzustellen.

Bei der Herstellung von Gießformen ist es oftmals notwendig, tiefer liegende Formflächen formgebend zu bearbeiten. Bisher werden hierbei vorhandene herkömmliche Bohr - oder Fräswerkzeuge mit einer Verlängerung eingesetzt, wie sie beispielsweise in der DE 19 74 5 060 beschrieben worden ist. Hierbei wird ein Verlängerungsdorn mit einem genormten Werkzeugaufnahmeelement verschraubt, der mit einer an seinem freien Ende angeordneten Befestigungs - oder Anschlußöffnung für das Werkzeug versehen ist. Der Verlängerungsdorn wird von einer Verlängerungshülse konzentrisch umfaßt und ist mit einer Anlagefläche und wenigstens einem von dieser axial vorspringenden Mitnehmerzapfen für das zu befestigende Werkzeug versehen.

Aus der DE 196 13 772 A1 ist bekannt, daß beim Arbeiten in großer Tiefe die Bohr - oder Fräswerkzeuge jedoch häufig so lang gewählt werden müssen, daß wegen der auftretenden Instabilitäten und Schwingungen ein zuverlässiges spanabhebendes Arbeiten nicht mehr möglich ist. Dieser Nachteil tritt auch bei den mittels Hülse oder Dorn verlängerten Werkzeugen auf, mit denen an verhältnismäßig tiefen Werkstückflächen spanabhebend gearbeitet werden soll. Die Vorrichtung nach DE 196 13 772 A1 besteht im wesentlichen aus einem um seine Längsachse rotierenden langgestreckten Werkzeug, das einen mit einer Antriebseinheit kuppelbaren Schaft und in axialem Abstand einen Zerspankopf aufweist. Der Schaft ist zur Schwingungsstabilisierung über eine langgestreckte Hülse mit Hilfe einer aus einer Zugstange und einer Spannmutter bestehenden Spannvorrichtung form - und kraftschlüssig mit dem Zerspankopf verbunden. Nachteilig an dieser Lösung ist, daß ein Werkzeugwechsel nur durch Demontage der Verlängerung möglich ist.

In der DE 196 20 485 A1 wurde eine Werkzeugeinheit für eine Fräsmaschine zum Herstellen von Gießformen beschrieben, die an einem Basisteil einen Antrieb mit einem Fräswerkzeug aufweist, das mit einer hohen Drehzahl angetrieben ist. Der Antrieb ist über ein Drehlager mit der Spindel der Fräsmaschine verbunden und in einem Winkel von 25° bis 30° an dem Basisteil angebracht. Das solchermaßen mit schräger Achse angeordnete Fräswerkzeug kann nach allen Seiten hin ausgerichtet werden und ist auf diese Weise zum Bearbeiten senkrechter Flächen bis in größere Tiefen hin imstande. Nachteilig ist die geringe Kollisionsfreiheit des Antriebes. Es könne nur solche tieferliegende Formelemente bearbeitet werden, deren Abmessungen wesentlich größer als die Abmessungen des Antriebes sind. Durch die zusätzliche Schrägstellung des Antriebes ist der Einsatz der Werkzeugeinheit bei filigranen Formen mit kleinen Abmessungen nicht immer gewährleistet.

Ausgehend hiervon liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Spindeladapter für spanabhebende und nichtspanabhebende Arbeiten der eingangs angegebenen Art zu entwickeln, der einfach aufgebaut ist und auch bei großen Längen des Werkzeugs stabil und schwingungsfrei arbeitet. Gleichzeitig soll der Aufwand für den Werkzeugwechsel gesenkt und damit die Produktivität der Bearbeitung erhöht werden.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe mit einem Spindeladapter gelöst, der einen an einer nicht drehangetriebenen Arbeitsspindel einer stationären Werkzeugmaschine unter der Wirkung einer Verriegelungseinrichtung angeschlossenen Spannkopf mit einer stangenförmigen Verlängerung aufweist, die an ihrem freien Ende zum Drehantrieb eines Werkzeugs einen Antriebsmotor mit einem Außendurchmesser aufweist, der kleiner als der Kreisdurchmesser des rotierenden Werkzeuges ist. Mit der Hilfe des Spindeladapters können Gießformen auf einer herkömmlichen Werkzeugmaschine oder Fräsmaschine hergestellt werden. Durch den vorgeschlagenen Adapter besteht eine große Kollisionsfreiheit, wodurch eine Beschädigung von bereits fertiggestellten Formkonturen sicher vermieden werden kann. Durch eine in der stangenförmigen Verlängerung vorgesehene Sollbruchstelle können die bei einer Kollision eintretenden Beschädigung an der Form und der Werkzeugmaschine gemindert werden.

Nach einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung weist der Spindeladapter einen Spannkopf auf, der für den automatischen Werkzeugwechsel geeignet und mit einer in der Hauptspindel vorhandenen Verriegelungseinrichtung bei einem Werkzeugwechsel in Anlage mit der Hauptabtriebsspindel oder dem Lagerschild gehalten wird. Hierbei kann das Werkzeug samt dem Spindeladapter automatisch gewechselt und der Wechsel des Werkzeuges in einem separaten Arbeitsgang vorgenommen werden. Damit ist die sichere Ausführung eines Werkzeugwechsels ohne manuellen Eingriff möglich. Außerdem kann der Werkzeugwechsel schneller durchgeführt werden, weil beim Wechseln des Adapters nicht bis zum vollständigen Stillstand der Werkzeugspindel gewartet werden muß.

Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist die stangenförmige Verlängerung des Spindeladapters mit einem Einsteckende für eine hülsenförmige Motorhalterung oder ein Motorgehäuse versehen. Der Antriebsmotor ist mit der stangenförmigen Verlängerung drehfest und lösbar verbunden. Geeignete Antriebsmotoren sind elektromotorisch oder mit einem Druckmittel angetrieben. Hierfür sind insbesondere Antriebsmotoren geeignet, die eine eigene das Werkzeug antreibende Werkzeugspindel besitzen, welche ihrerseits mit einem Spannfutter für das Werkzeug versehen ist.

Die Bearbeitung der Gießform erfolgt bei einem Stillstand der Hauptabtriebsspindel der stationäre Werkzeugmaschine. Die 3-achsige Bearbeitung von Formen wird mit dem vorhandenen Steuerungssystem einer CNC-Werkzeugmaschine durchgeführt, was im nachfolgenden anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert werden soll.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen. In den zu dem Ausführungsbeispiel gehörenden Zeichnungen zeigt

Fig. 1 einen Spindeladapter für den automatischen Werkzeugwechsel und

Fig. 2 einen Spindeladapter mit Plananlage an der Hauptabtriebsspindel in schematischer Darstellung

Fig. 1 zeigt ausschnittsweise den Längsschnitt durch den vorderen Teil einer Hauptabtriebsspindel 1 einer an sich bekannten Werkzeugmaschine. Die Hauptabtriebsspindel 1 ist an einem nicht näher dargestellten Gehäuse 2 mit einem Lagerschild drehbar gelagert. Zum grundsätzlichen Aufbau der Hauptabtriebsspindel 1 gehört ein rotierend antreibbarer Spindelkörper 3, der endseitig einen Aufnahmeraum 4 für den Anschluß eines Werkzeugträgers aufweist, sowie eine im Spindelkörper 3 angeordnete Verriegelungseinrichtung 5. Der Werkzeugträger wird durch einen Spindeladapter mit einem Spannkopf 6 ersetzt, der im Ausführungsbeispiel und nach bevorzugter Ausführung der Erfindung mit einer konventionellen bisher realisierten Spannschnittstelle ausgestattet ist. Die Fig. 1 zeigt den Spannzustand, am Beispiel einer Spannschnittstelle mit Hohlschaftkegel.

Der Spannkopf 6 besitzt fernerhin einen zylindrischen Grundkörper 12, der eine Ringnut 15 aufweist, die für den automatischen Werkzeugwechsel vorgesehen ist. Die an dem Spindeladapter geführten Werkzeuge 16 können auf diese Weise automatisch an der Hauptabtriebsspindel 1 fixiert und ohne manuellen Eingriff in die Arbeitsposition gebracht werden. Dies ist besonders vorteilhaft, wenn die Werkzeugmaschine bei der Hochgeschwindigkeitsbearbeitung aus Sicherheitsgründen gekapselt und mit einem geschlossenen Gehäuse versehen ist. Beim Bearbeiten von Gießformen, die einen bindemittelhaltigen Gießereisand aufweisen, können darüber hinaus staubförmige Bearbeitungsrückstände von der Umwelt ferngehalten werden.

Im endseitigen Bereich des Schaftabschnittes 14 ist eine Halteplatte 20 mit einer Steckereinheit 17 mit einer Energiezuführung 18 zu einem Antriebsmotor 19 für elektrischen Strom oder ein Druckfluid vorgesehen. Am freien stirnseitigen Ende des Grundkörpers 12 ist ein stufenweise abgesetzter Stutzenabschnitt 21 zur Aufnahme eines diesen konzentrisch umgebenden rohrförmigen Einsteckteils 22 einer stangenförmigen Verlängerung 23 angeordnet. Die Verlängerung 23 kann einen rohrförmigen Hohlkörper aufweisen, der zur Durchleitung eines Druckmediums in Höhe der Verbindungsstelle 24 zwischen dem Spannkopf 6 und dem Einsteckteil 22 mit einer Radialbohrung 25 zur Durchführung der Energiezuführung 18 versehen ist. Es ist außerdem vorgesehen, daß die stangenförmige Verlängerung 23 einen hohlen oder geschlossenen Schaftquerschnitt aufweist. Außerdem befindet sich in Höhe der Verbindungsstelle 24 eine Querschnittsschwächung 26, die als Sollbruchstelle ausgebildet ist.

Die Sollbruchstelle kann derart ausgeführt werden, daß bei einer Kollision des Werkzeuges 16 mit der Form der entstehende Schaden in Grenzen gehalten wird. Auf diese Weise können hochfeste Werkstoffe für die stangenförmige Verlängerung 23 eingesetzt werden, die bei hinreichenden Festigkeitseigenschaften eine geringe Schwingungsneigung aufweisen.

Geeignete Werkstoffe für die Verlängerung 23 sind Metalle, keramische Formkörper, Verbundwerkstoffe oder Faserverbundwerkstoffe.

Weiterhin kann die stangenförmige Verlängerung 23 einstückig ausgeführt oder mehrere rohrförmige beziehungsweise zylindrische Segmente aufweisen, die unter Einfügung von Verbindungsstellen 24 zusammengefügt sind. Die Verbindungsstelle 24 kann lösbar oder unlösbar ausgebildet werden, wobei die Bearbeitungstiefe des Werkzeuges 16 variiert werden kann.

An ihrem freien Ende weist die stangenförmige Verlängerung 23 ein Einsteckende 28 für einen Antriebsmotor 19 zum Drehantrieb des Werkzeuges 16 auf. Der Außendurchmesser des Antriebsmotors 19 und der stangenförmigen Verlängerung 23 ist kleiner als der Kreisdurchmesser des rotierenden Werkzeuges 16, damit die kollisionsfreie Bearbeitung von schmalen und tiefen Formflächen möglich ist. Zur Montage des Antriebsmotors 19 befindet sich zwischen dem Einsteckende 28 und einer hülsenförmigen Motorhalterung 29 oder einem rohrförmigen Motorgehäuse eine drehfeste und lösbare Verbindung 27, z. B. Schraub - oder Rastverbindung. Als Antriebsmotor 19 kann ein hochtouriger Druckluftmotor oder Elektromotor eingesetzt werden, der eine hohe Rundlaufgenauigkeit aufweist und selbst mit einer Spannzange 31 oder einem Futter für das Werkzeug 16 versehen ist. Derartige Motoren können geringe Außendurchmesser aufweisen, so daß kleinste tiefliegende Formoberflächen unkompliziert bearbeitet werden können.

Zum Bearbeiten einer Gießform wird der Spindeladapter mit der Verriegelungseinrichtung 5 an der im Stillstand befindlichen Hauptabtriebsspindel 1 fixiert und mit dem vorhandenen Steuerungssystem der Werkzeugmaschine in die entsprechende Bearbeitungsposition oder zum Werkzeugwechsel gefahren, wobei der Drehantrieb des Werkzeuges 16 mit Hilfe der separaten Energiezuführung 18 vorgenommen wird.

Fig. 2 zeigt einen alternativen Spindeladapter bei dem der Spannkopf 6 eine sich radial erstreckende Planfläche 32 aufweist, die unter Wirkung der Verriegelungseinrichtung 5 in Anlage mit der Hauptabtriebsspindel 1 gehalten wird.

Claims (9)

1. Spindeladapter für eine stationäre Werkzeugmaschine mit einem um seine Längsachse rotierenden Werkzeug zum spanabhebenden oder nichtspanabhebenden Bearbeiten von Werkstoffen für die Herstellung von Formen, insbesondere von hitzebeständigen, bindemittelhaltigen Gießformen aus Sand für die Fertigung von Gußteilen aus Metall durch Fräsen oder Bohren, dadurch gekennzeichnet, daß der Spindeladapter einen an einer nicht drehangetriebenen Hauptabtriebsspindel (1) einer stationären Werkzeugmaschine unter der Wirkung einer Verriegelungseinrichtung (5) angeschlossenen Spannkopf (6) mit einer stangenförmigen Verlängerung (23) aufweist, die an ihrem freien Ende zum Drehantrieb eines Werkzeugs (16) einen Antriebsmotor (19) mit einem Außendurchmesser aufweist, der kleiner als der Kreisdurchmesser des rotierenden Werkzeugs (16) ist, wobei der Kreisdurchmesser des Werkzeugs (16) größer als der Außendurchmesser der stangenförmigen Verlängerung (23) ist.

2. Spindeladapter nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, das die stangenförmige Verlängerung (23) einen hohlen oder vollen Schaftquerschnitt aufweist.

3. Spindeladapter nach Patentanspruch 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, das die stangenförmige Verlängerung (23) einen rohrförmigen Hohlkörper aufweist, der in Höhe der Verbindungsstelle (24) zwischen dem Spannkopf (6) und dem Einsteckteil (22) mit einer Radialbohrung (25) zur Durchführung der Energiezuführung (18) versehen ist.

4. Spindeladapter nach Patentanspruch 1-3, dadurch gekennzeichnet, das die stangenförmige Verlängerung (23) eine als Sollbruchstelle ausgebildete Querschnittsschwächung (26) aufweist.

5. Spindeladapter nach einem oder mehreren der Patentansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, das der Spannkopf (6) einen kurzen axial sich erstreckenden Schaftabschnitt (14) mit einer Ringnut (15) aufweist, die für den automatischen Werkzeugwechsel vorgesehen ist.

6. Spindeladapter nach einem oder mehreren der Patentansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, das der Spannkopf (6) eine standardisierte Spannaufnahme an der Hauptabtriebsspindel (1) und eine sich radial erstreckende Planfläche (32) aufweist, die unter Wirkung der Verriegelungseinrichtung (5) in Anlage mit der Hauptabtriebsspindel (1) gehalten ist.

7. Spindeladapter nach einem oder mehreren der Patentansprüche 1-6, dadurch gekennzeichnet, das der Spindeladapter am freien Ende der stangenförmigen Verlängerung (23) ein Einsteckende (28) aufweist, das mit einer hülsenförmigen Motorhalterung (29) oder einem rohrförmigen Motorgehäuse drehfest und lösbar, z. B. durch eine Schraub- oder Rastverbindung verbunden ist.

8. Spindeladapter nach einem oder mehreren der Patentansprüche 1-7, dadurch gekennzeichnet, das der Antriebsmotor (19) abtriebsseitig mit einer Spannzange (31), einem Spannfutter oder einer Plananlage mit Zentrierung und Gewindeanschluß ausgestattet ist.

9. Spindeladapter nach einem oder mehreren der Patentansprüche 1-8, dadurch gekennzeichnet, das der Antriebsmotor (19) elektromotorisch oder mit einem Druckmittel angetrieben ist.