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Die Erfindung bezieht sich auf einen NC-Drehautomaten mit Halterung für ein angetriebenes Werkzeug, wie z. B. Fräs- oder Gewindebohr-Werkzeug sowie ein Verfahren zum Programmieren eines derartigen NC-Drehautomaten.
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Bekanntlich können auf Drehmaschinen, die mit einer Bahnsteuerung und einem Kreuzschlitten ausgerüstet sind, ohne besondere Zusatzeinrichtungen Werkzeugstücke erzeugt werden, deren Form kugelförmige Abschnitte aufweisen. In vielen Fällen genügt dabei die Formgenauigkeit der so hergestellten Werkstücke. Höchste Ansprüche an die Formgenauigkeit der Kugelpartien können aber mit diesem Arbeitsverfahren nicht erfüllt werden. Dies hauptsächlich aus zwei Gründen: zum ersten schneidet der Drehstahl, je nach seiner momentanen Lage, jeweils an einer anderen Stelle seiner Schneide. Entspricht nun die Schneide des Drehwerkzeuges nicht einem perfekten Radius, dann hat auch das bearbeitete Werkstück keine perfekte Kugelform. Ferner haben auch sehr starre Kreuzschlitten, selbst in Vorschubrichtung, eine Umkehrspanne. Dies bedeutet, daß der Schlitten bei einem Richtungswechsel diesen nicht ohne Verzögerung vollzieht, sondern für einen Moment in seiner Lage verharrt. Dadurch ergibt sich beim Drehen einer Kugelform ein kurzes zylindrisches Stück und somit eine Abweichung von der idealen Form. Die beschriebenen Probleme sind bekannt und es gibt daher zum Drehen hochgenauer Kugelformen, schon seit langem, sogenannte Kugeldreheinrichtungen. Solche Einrichtungen sind z. B. im Buch „Drehautomaten” von Dr.-Ing. Helmut Jaeger auf Seite 500 beschrieben, Carl Hanser-Verlag. Alle diese Einrichtungen arbeiten nach dem gleichen Grundprinzip. Das Drehwerkzeug schwenkt dabei um einen Drehpunkt. Dadurch wird erreicht, daß das Werkzeug immer an den gleichen Stellen seiner Schneide schneidet und, daß außerdem die Probleme der Umkehrspanne, wie sie bei einem Kreuzschlitten auftreten, im wesentlichen beseitigt sind, da sich das Drehwerkzeug auf einer Kreisbahn, deren Genauigkeit nur von der Lagerung des Schwenkpunktes bestimmt wird, bewegt. Bei den bekannten Kugeldreheinrichtungen wird die Schwenkbewegung entweder vom Längsschlitten abgeleitet oder z. B. von einem hydraulischen Schwenkantrieb erzeugt. Im ersten Fall wird der Schwenkwinkel durch den Längsweg des Längsschlittens bestimmt, im zweiten Fall durch Festanschläge eingestellt. In keinem Fall kann aber der Schwenkwinkel direkt durch eine durch Computer numerisch gesteuerte Steuerung (CNC-Steuerung) programmiert werden.
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Eine Kugeldreheinrichtung für NC-Drehmaschinen ist aus
EP 289 460 A1 bekannt. Diese Kugeldreheinrichtung soll die Aufgabe lösen, eine Kugeldrehvorrichtung zu schaffen, bei der der Schwenkwinkel über eine CNC-Steuerung programmiert werden kann und bei der auch die aufgrund des Verschleißes des Werkzeuges notwendige Werkzeugkorrektur über die Eingabe des zu korrigierenden Wertes in die CNC-Steuerung möglich ist. Die Lösung dieser Aufgabe ist nicht einfach, muß doch die ganze Einrichtung sehr kompakt aufgebaut werden, da sonst die Kugeldreheinrichtung mit dem Spannwerkzeug oder dem Spindelstock kollidiert.
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Nachteilig an dieser bekannten Vorrichtung ist, daß sie sehr viel Volumen beansprucht, sehr kompliziert aufgebaut ist und aufgrund dieser Nachteile nur eingeschränkt zur Aufnahme in einem Revolverkopf geeignet ist.
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Aufgabe der Erfindung ist es, einen NC-Drehautomaten zu schaffen, der es ermöglicht, ohne zusätzliche CNC-gesteuerte Achsen vorzusehen, genaue Kugelformen zu erzeugen.
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Die Aufgabe wird bei einem NC-Drehautomaten mit Halterung für ein angetriebenes Werkzeug, wie z. B. Fräs- oder Gewindebohr-Werkzeug dadurch gelöst, daß er in der Aufnahme für das Werkzeug eine Kugeldrehvorrichtung vorgesehen ist. Die Achsen und damit die Antriebe des Werkzeuges können somit vorteilhaft für die Positionierung der vorgesehenen Kugeldrehvorrichtung genutzt werden. Eigene Antriebe mit den nötigen Meßeinrichtungen können entfallen. Die Kugeldrehvorrichtung kann dadurch kleiner gebaut werden und erfordert einen vorteilhaft geringeren Investitionsaufwand.
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In Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Halterung als Teil eines Sternrevolvers ausgebildet ist und die Kugeldrehvorrichtung einen Antrieb aufweist, der von diesem Antrieb abgeleitet ist. Mit Vorteil wird der vorhandene Antrieb eines Gewindebohr- oder Fräswerkzeuges als Antrieb für den Schwenkwinkel der Kugeldrehvorrichtung genutzt. Ein zusätzlicher Antrieb kann dadurch entfallen. Die Kugeldrehvorrichtung benötigt dadurch ein entsprechend kleineres Volumen und läßt sich sogar in einem Sternrevolver mit weiteren Werkzeugen einsetzen, so daß Umrüstzeiten für den Vorgang des Kugeldrehens und der Endbearbeitung entfallen können.
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In weiterer Ausgestaltung ist vorgesehen, daß der Sternrevolver standardisierte Halterungen mit einer antreibbaren Werkzeugdrehachse aufweist und die Kugeldrehvorrichtung mit dieser verbunden ist. Die erfindungsgemäße Kugeldrehvorrichtung benötigt somit keine speziellen Änderungen am Sternrevolver. Für die Bearbeitung eines normalen Teilespektrums sind somit keine Modifikationen am Sternrevolver vorzunehmen.
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Wenn die Kugeldrehvorrichtung ein Schneidwerkzeug aufweist, das in einer zur Werkzeugdrehachse senkrechten Ebene verschwenkbar ausgebildet ist, baut die Kugeldrehvorrichtung vorteilhaft kurz, so daß der Sternrevolver über seinen gesamten Schwenkwinkel genutzt werden kann, ohne Teile des Drehautomaten anzustoßen.
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Dadurch, daß das Schneidwerkzeug auf einer schwenkbaren Werkzeughalteplatte montiert ist, die insbesondere über ein Untersetzungsgetriebe, vorzugsweise einem Zahnriementrieb, von der Werkzeugsdrehachse angetrieben ist, kann die Schwenkgeschwindigkeit der Kugeldrehvorrichtung an den Drehzahlbereich des angetriebenen Werkzeuges, wie z. B. des Fräs- oder Gewindebohr-Werkzeuges so angepaßt werden, daß beim Schwenken übliche Vorschubgeschwindigkeiten des Kugeldrehwerkzeuges eingehalten werden können.
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Die Genauigkeit der erzielbaren Kugeloberfläche erreicht eine wiederholbar genaue Präzision, wenn die Werkzeughalteplatte eine Lagerung aufweist, die spielfrei verspannt ausgebildet ist, weil Einflüsse des Lagerspiels ausgeschaltet werden.
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Ein Austausch des Zahnriemens und die Einstellung seiner Vorspannung wird dadurch erleichtert, daß der Abstand zwischen Schwenkachse der Werkzeughalteplatte und der Werkzeugdrehachse verstellbar ausgebildet ist. Außerdem kann dadurch auch die Anfangslage des Schwenkwinkels der Kugeldrehvorrichtung variiert werden, in dem bei loser Zahnriemen zunächst die Winkellagen der Antriebswelle und der Werkzeughalteplatte eingestellt und anschließend der Zahnriemen verspannt wird. Alternativ oder ergänzend kann die Einstellung der Winkellage auch dadurch erreicht werden, daß das Abtriebsritzel der Antriebswelle in seiner Winkellage einstellbar ausgebildet ist.
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Die Kugeldrehvorrichtung läßt sich besonders vorteilhaft bei einem NC-Drehautomaten einsetzen, bei der der Sternrevolver um eine Sternrevolverachse dreh- und verrastbar ist, die parallel zur Hauptspindelachse des Drehautomaten angeordnet ist und bei der Werkzeugdrehachse senkrecht zur einer die Sternrevolverachse beinhaltenden Ebene angeordnet ist. Dadurch ist die Schwenkebene der Kugeldrehvorrichtung parallel zur Sternrevolverachse ausgebildet, was zu einer kurzen Bauform der Kugeldrehvorrichtung führt.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist vorgesehen, daß die Schwenkachse der Werkzeughalteplatte in einer Ebene verstellbar ist, die senkrecht zu einer Ebene angeordnet ist, in der die Sternrevolverachse und die Hauptspindelachse liegen. Dadurch läßt sich die Kugeldrehvorrichtung auch bei NC-Drehautomaten einsetzen, bei denen der Revolverkopf nur in zwei Ebenen programmgesteuert verfahrbar ist. Zur Einstellung des Mittelpunktes der Schwenkbewegung in bezug auf das zu erzeugende Werkstück kann also dieser Einstellvorgang an der Werkzeughalteplatte selbst erledigt werden.
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Je nach Durchmesser der zu erzeugenden Kugel kann es zum Vorteil sein, daß der Abstand des Schneidwerkzeuges zur Werkzeughalteplatte einstellbar ausgebildet ist.
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Wenn die Werkzeughalteplatte mit einem Sensor zur Ermittlung des Schwenkwinkels gekoppelt ausgebildet ist, kann mit Hilfe des Sensors eine programmierbare Achse in der CNC-Steuerung gebildet werden, die die genaue Programmierung des Schwenkwinkels ermöglicht.
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In Ausgestaltung der Erfindung ist es von Vorteil, wenn der Sternrevolver ein Prägepolierwerkzeug zum Prägepolieren aufweist. Die Oberfläche einer erzeugten Kugel wird in ihrer Rauhtiefe durch das zusätzliche Prägepolierwerkzeug wesentlich verbessert.
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Der Anstellwinkel des Prägepolierwerkzeuges an die Kugel und an die zu prägende Oberfläche kann besonders bequem eingestellt werden, wenn das Prägepolierwerkzeug in einer Winkel-Bohr-Fräseinrichtung gehaltert ist.
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Dadurch, daß das Prägepolierwerkzeug ein Außengewinde aufweist, zum Einschrauben in die Werkzeughalterung der Winkel-Bohr-Fräseinrichtung, kann auf eine Spannzange verzichtet werden. Dadurch baut das Werkzeug vorteilhaft kurz, so daß der Sternrevolver beim Umschalten nicht mit anderen Teilen der NC-Drehmaschine kollidiert.
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Zur Erzeugung einer möglichst geringen Baulänge des Werkzeuges dient auch die Maßnahme, daß das Prägepolierwerkzeug einen Werkzeugkopf mit einer Ausnehmung für einen Käfig mit Prägepolierrollen aufweist.
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Dasselbe Ziel verfolgt die Maßnahme, daß das Prägepolierwerkzeug für den Käfig ein Axiallager aufweist, dessen Lauffläche durch Käfig und Werkzeugkopf gebildet sind. Dadurch wird die Werkzeuglänge noch um die Höhe der sonst notwendigen Laufringe verringert.
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Damit auf eine Spannzange verzichtet werden kann, ist zusätzlich vorgesehen, daß das Prägepolierwerkzeug, ein kegelförmiges Befestigungsende aufweist.
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Eine möglichst kurze Baulänge wird auch dadurch erreicht, daß der Werkzeugkopf des Prägepolierwerkzeuges eine Fläche aufweist, die als Lauffläche für die Prägepolierrollen ausgebildet ist. Dadurch kann auf den Raum zusätzlicher Laufringe für die Prägepolierrollen mit Vorteil verzichtet werden.
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Die Aufgabe wird bei einem erfindungsgemäßen NC-Drehautomaten auch durch ein Verfahren zum Programmieren eines NC-Drehautomaten mit einem angetriebenen Werkzeug gelöst, bei dem zur Programmierung des Schwenkwinkels der Halteplatte der Kugeldrehvorrichtung die Drehzahl und die Antriebsdauer des angetriebenen Werkzeuges eingegeben wird. Aus der programmierten Antriebsdauer und der eingegebenen Drehzahl unter Berücksichtigung des Untersetzungsverhältnisses durch den Zahnriementrieb, läßt sich somit direkt der Schwenkwinkel programmieren, obwohl der NC-Drehautomat nicht ursprünglich dafür vorgesehen ist.
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Die Erfindung wird in einer bevorzugten Ausführungsform unter Bezugnahme auf eine Zeichnung beschrieben, wobei weitere vorteilhafte Eigenheiten den Figuren der Zeichnung zu entnehmen sind. Funktionsmäßig gleiche Teile sind dabei mit dem selben Bezugszeichen versehen.
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Die Zeichnungen zeigen im einzelnen:
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1: eine Aufsicht auf das schematisch dargestellte Spannfutter der Hauptspindel mit einem Sektor eines Sternrevolvers,
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2: ein Standardwerkzeugbefestigungsende für ein Außenbearbeitungsfräswerkzeug,
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3: eine perspektivische Ansicht eines Sternrevolvers ohne Werkzeuge,
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4: eine Seitenansicht eines Standardwerkzeugbefestigungsendes mit einer erfindungsgemäßen Kugeldrehvorrichtung,
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5: eine Aufsicht auf ein Standardwerkzeugbefestigungsende mit Kugeldrehvorrichtung gemäß 4,
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6: eine Aufsicht auf eine Winkel-Bohr-Fräseinrichtung,
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7: eine Seitenansicht einer Winkel-Bohr-Fräseinrichtung gemäß 6,
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8: ein Prägepolierwerkzeug zur Aufnahme in der Winkel-Bohr-Fräseinrichtung.
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In 1 bezeichnet 1 den Flugkreis des Spannfutters einer Hauptspindel der erfingungsgemäßen NC-Drehmaschine. In den Sektor eines Sternrevolvers 2 mit einer standardisierten Halterung 3 ist die erfindungsgemäße Kugeldrehvorrichtung 4 eingesetzt. Senkrecht zur Zeichnungsebene liegt die Drehachse 5 der Hauptspindel. Die Schwenkachse 6 der Kugeldrehvorrichtung 4 liegt parallel zur Zeichnungsebene.
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Zur Verdeutlichung ist in 2 perspektivisch die standardisierte Halterung 3 ohne Kugeldrehvorrichtung 4 dargestellt. Die standardisierte Halterung 3 weist eine Antriebsachse 7 für ein Außenbearbeitungswerkzeug auf. Über zwei parallele Planflächen 8 wird der Antrieb für ein Außenbearbeitungswerkzeug von dem Sternrevolver 2 (3) abgeleitet. Die Halterung 3 wird mittels Schrauben, die die Bohrungen 9 durchsetzen mit ihrer senkrecht zur Antriebsachse 7 angeordneten Befestigungsfläche 10 auf einer der Gegenflächen 11 des Sternrevolvers 2 fixiert. Dabei finden die Flächen des Vierkants 12 Halterung 3 in entsprechende Nuten 13 des Sternrevolvers 2 Platz. Der Sternrevolver 2 ist um die Sternrevolverachse 14 in zwölf gleich beabstandeten Winkelstellungen des Sternrevolvers 2 schwenkbar und in diesen Stellungen verrastbar. Außerdem ist der Sternrevolver vorteilhaft in seinen drei Raumachsen programmiert zu verfahren. Eine dieser drei senkrecht aufeinander stehenden Achsen wird durch die Drehachse 14 des Sternrevolvers gebildet.
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In den 4 und 5 ist die erfindungsgemäße Kugeldrehvorrichtung 4 dargestellt. Diese besteht aus der zuvor beschriebenen Halterung 3, deren Antriebswelle eine Spannzange 16 aufweist, in der das Wellenende 17 eines Ritzels 18 eingespannt ist. Das Ritzel 18 wird somit über die Planflächen 8 von einer die Werkzeugaufnahme 3 durchsetztenden Welle angetrieben.
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Auf dem L-förmigen Schenkel der Halterung 3 ist auf der gegenüber der Befestigungsfläche 10 liegenden oberen Fläche die Montageplatte 20 der Kugeldrehvorrichtung 4 montiert. Mit dieser Montageplatte 20 ist drehbeweglich um die Schwenkachse 21 die Werkzeughalteplatte 22 und das Zahnrad 23 verbunden. Zahnrad 23 und Werkzeughalteplatte 22 sind miteinander fest verbunden. Die Halteplatte 22 und Zahnrad 23 sind mittels zweier Kegelrollenlager 24 auf den Lagerzapfen 25 der Montageplatte 20 gelagert. Mittels der Spannplatte 26, die in den Lagerzapfen 25 eingeschraubt ist, können die beiden Kegelrollenlager 24 miteinander verspannt werden. Dadurch erfolgt die Schwenkbewegung um Achse 21 spielfrei.
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Auf der Werkzeughalteplatte 22 ist ein Werkzeughalter 27 befestigt, der die Schneidplatte 28 trägt. Der Abstand der Werkzeugschneide 29 von der Schwenkachse 21 bestimmt den Kugelradius der Kugel 30 des Werkstücks 31. Das Werkstück 31 ist im Spannfutter der Hauptspindel eingespannt und wird von dieser um die Achse 5 gedreht.
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Für den Drehprozeß wird die Werkzeugschneide 29 in eine zur Zeichnungsebene senkrechte Ebene von dem Revolverkopf verfahren, wobei diese Ebene die Drehachse 5 beinhaltet.
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In 5 ist die Kugeldrehvorrichtung 4 in einer Aufsicht dargestellt. In dieser Ansicht ist erkennbar, daß das Ritzel 18 mit dem Zahnriemen 32 im Eingriff steht, der seinerseits das Zahnrad 23 antreibt. Montageplatte 20 in Pfeilrichtung 33 verstellt werden. Zu diesem Zweck werden Schrauben, die die Langlöcher 34 durchsetzen, gelöst und nach Erzielung der gewünschten Spannung wieder angezogen. Zusätzlich ist die Montageplatte 20 auch in Richtung der Pfeile 35 verstellbar, um die Schwenkachse 21 genau auf die Drehachse 5 der Hauptspindel auszurichten, damit sie die Hauptspindelachse 5 schneidet. Der Abstand zwischen der Schwenkachse 21 und der Werkzeugschneide 29 bestimmt dann den Durchmesser der erzeugten Kugel. Zu diesem Zweck wird der Werkzeughalter 27, der auf der Werkzeughalteplatte 22 befestigt ist vom Ritzel 18 über Zahnriemen 32 und Zahnrad 23 um einen Winkel geschwenkt, bis er die Drehachse 5 erreicht oder überstreicht. Zur genauen Einstellung des Kugelradius ist der Werkzeughalter 27 in Langloch 36 in Pfeilrichtung 37 auf der Werkzeughalteplatte 22 verstellbar.
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In den 6 und 7 ist eine bekannte Winkel-Bohr-Fräseinrichtung 55 aus zwei unterschiedlichen Ansichten dargestellt. Die Winkel-Bohr-Fräseinrichtung 55 weist die beschriebene L-förmige Halterung 3 auf, so daß sie sich in den Schrauben 38 mit der Befestigungsfläche 10 auf der Gegenfläche 11 des Sternrevolvers 2 festmontieren läßt. Über die parallelen Planflächen 8 kann das in einer Werkzeugaufnahme 39 befestigte Werkzeug drehend antreiben. In die Werkzeugaufnahme 39 läßt sich ein Prägepolierwerkzeug 40 (8) einstecken und befestigen. Zu diesem Zweck weist das Prägepolierwerkzeug 40 eine kegelige Außenfläche 41 und einen Außengewindeabschnitt 42 auf. Mittels eines Maulschlüssels, der an der Planfläche 43 angreift, läßt sich der Kegel in der Werkzeughalterung festspannen, so daß sich das Prägepolierwerkzeug 40 (8) durch die Winkel-Bohr-Fräseinrichtung antreiben läßt.
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Da die Winkel-Bohr-Fräseinrichtung 55 bereits sehr lang baut, ist das Prägepolierwerkzeug 40 (8) besonders kurz konstruiert, damit nicht die Gefahr besteht, daß es mit Aufbauten der NC-Drehmaschine kollidiert.
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Das in 8 dargestellte Prägepolierwerkzeug 40 weist einen Werkzeugkopf 44 mit einer kegeligen Ausnehmung 45, die als Stützfläche für Rollen 46 ausgebildet ist, auf. Die Rollen 46 sind innerhalb eines Käfigs 47 geführt, der drehbeweglich um die Drehachse 48 des Prägepolierwerkzeuges 40 drehen kann. Beim Prägepoliervorgang liegen die Rollen 46 unter hohen Druck an der zu polierenden Kugeloberfläche der Kugel 30 an und erzeugen eine Oberfläche mit qualitativ hervorragender Rauhtiefe. Der Käfig 47 ist zusätzlich axial durch ein Axiallager 49 abgestützt, wobei die axiale Fläche des Werkzeugkopfes 44 und die entsprechende Gegenfläche des Käfigs 47 als Laufflächen ausgebildet sind, so daß auf getrennte Laufringe für das Axiallager 49 verzichtet werden konnte, was zu einer vorteilhaft kurzen Bauform führt.
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Um einen im wesentlich gleich bleibenden Anpreßdruck erzielen zu können, ist der Werkzeugkopf 44 innerhalb einer Bohrung 50 in Richtung der Achse 48 axial verschiebbar in dem kegeligen Einsteckende 51 gelagert. Der mögliche axiale Hub wird durch einen in das Langloch 52 eingreifenden Anschlagstift 53 begrenzt. Der beim Prägepolieren aufgebrachte Druck wird durch eine innerhalb des Einsteckendes 51 vorgesehene Feder 54 bestimmt, die sich mit ihrem unteren Ende innerhalb der Bohrung 50 des Einstecksendes 51 abstützt und an ihrem oberen Ende gegen einen Bund anliegt, über den sie den Druck auf den Werkzeugkopf 44 ausübt.
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Auf diese Weise ist eine NC-Drehmaschine geschaffen worden, mit deren Werkzeugen sich Kugeloberflächen hoher Güte erzeugen lassen, ohne aufwendige zusätzliche Spezialwerkzeuge benötigen zu müssen. Die dabei eingesetzte Kugeldrehvorrichtung und das Prägepolierwerkzeug bauen überraschend kurz, so daß sie sich sogar in die standardisierte Halterung für einen Sternrevolvers montieren lassen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Flugkreis Spannfutter Hauptspindel
- 2
- Sternrevolver
- 3
- Halterung
- 4
- Kugeldrehvorrichtung
- 5
- Drehachse Hauptspindel
- 6
- Schwenkachse Kugeldrehvorrichtung
- 7
- Werkzeugdrehachse
- 8
- Planfläche
- 9
- Bohrungen
- 10
- Befestigungsfläche
- 11
- Gegenflächen
- 12
- Vierkant
- 13
- Nut
- 14
- Sternrevolverachse
- 16
- Spannzange
- 17
- Wellenende
- 18
- Ritzel
- 19
- Schenkel
- 20
- Montageplatte
- 21
- Schwenkachse
- 22
- Werkzeughalteplatte
- 23
- Zahnrad
- 24
- Kegelrollenlager
- 25
- Lagerzapfen
- 26
- Spannplatte
- 27
- Werkzeughalterung
- 28
- Schneidplatte
- 29
- Werkzeugschneide
- 30
- Kugel
- 31
- Werkstück
- 32
- Zahnriemen
- 33
- Pfeilrichtung
- 34
- Langloch
- 35
- Pfeilrichtung
- 36
- Langloch
- 37
- Pfeilrichtung
- 38
- Schrauben
- 39
- Werkzeugaufnahme
- 40
- Prägepolierwerkzeug
- 41
- Kegelfläche
- 42
- Außengewinde
- 43
- Planfläche
- 44
- Werkzeugkopf
- 45
- Ausnehmung
- 46
- Rollen
- 47
- Käfig
- 48
- Drehachse
- 49
- Axiallager
- 50
- Bohrung
- 51
- Einsteckende
- 52
- Langloch
- 53
- Anschlagstift
- 54
- Druckfeder
- 55
- Winkel-Bohr-Fräseinrichtung
