DE202006005904U1

DE202006005904U1 - Werkzeugmaschine zum Schleifen von Räumwerkzeugen

Info

Publication number: DE202006005904U1
Application number: DE200620005904
Authority: DE
Original assignee: Karl Klink Werkzeug und M GmbH; Karl Klink Werkzeug- und Maschinenfabrik GmbH
Current assignee: Karl Klink Werkzeug und M GmbH; Karl Klink Werkzeug- und Maschinenfabrik GmbH
Priority date: 2006-04-11
Filing date: 2006-04-11
Publication date: 2007-08-16
Anticipated expiration: 2016-04-12

Abstract

Werkzeugmaschine zum Schleifen von Räumwerkzeugen, bestehend aus
– einem langgestreckten Maschinenbett (1),
– auf dem Maschinenbett (1) angeordneten verstellbaren Auflagern (5, 6) mit drehangetriebenen Spannmitteln für ein zu schleifendes Räumwerkzeug (8),
– einer Bearbeitungseinheit, die an Längsführungen (11, 12) parallel zum Maschinenbett (1) motorisch verfahrbar ist und eine drehangetriebene Arbeitsspindel (26) aufweist, die mit einem auswechselbaren Werkzeug (28) in vorgegebene Schräglagen ausrichtbar ist,
dadurch gekennzeichnet, dass
– die Bearbeitungseinheit einen an einem ersten Schlitten (13) angelenkten Ausleger (17) enthält, der an seinem freien Ende einen um mindestens zwei Schwenkachsen verstellbaren Schleifkopf (26) mit integrierter Arbeitsspindel trägt,
– der Ausleger (17) über einen Stützstab (21) mehrgelenkig an einem zweiten Schlitten (14) abgestützt ist, und
– beide Schlitten (13, 14) in den Längsführungen (11, 12) mittels Antriebsaggregaten verfahrbar sind.

Description

Die Erfindung betrifft eine Werkzeugmaschine zur spanenden Bearbeitung, insbesondere zum Schleifen oder Fräsen, von Räumwerkzeugen, bestehend aus einem langgestreckten Maschinenbett, auf diesem Maschinenbett angeordneten verstellbaren Auflagern mit drehangetriebenen Spannmitteln zur Halterung und Fixierung mindestens eines zu schleifenden Räumwerkzeugs, einer Bearbeitungseinheit, die an Längsführungen parallel zum Maschinenbett motorisch verfahrbar ist und eine drehangetriebene Arbeitsspindel enthält, die mit einem auswechselbaren Werkzeug in vorgegebene Schräglagen ausrichtbar ist.
Die verschiedenen Räumwerkzeuge unterliegen aufgrund der Staffelung der aufeinanderfolgenden Schneiden während des jeweiligen Räumvorganges hohen Beanspruchungen und einem entsprechend hohen Verschleiß, der u.a. auf die relativ niedrige Schnittgeschwindigkeit zurückzuführen ist. Die in erster Linie durch geringe Standzeiten bedingten Werkzeugkosten haben einen erheblichen Anteil an den gesamten Fertigungskosten. Der Verschleiß der Spanwerkzeuge wird von verschiedenen Parametern bestimmt, wie Materialeigenschaften des Werkstückes, Form und Beschaffenheit des Werkstücks sowie von Konstruktionsparametern der Räummaschine, beispielsweise der Schnittgeschwindigkeit, der Kühlung, Fixierung der Werkzeuge, Vibrationen, etc. Nach Erreichen von für unterschiedliche Räumvorgänge festgelegten Verschleißwerten müssen die Räumwerkzeuge ausgetauscht und durch neue oder nachgeschliffene Werkzeuge ersetzt werden.
Das erforderliche Nacharbeiten von teilverschlissenen Räumwerkzeugen umfasst das Richten zur Wiederherstellung der Geradheit bzw. des Rundlaufs, das Schleifen von Span- und Freiflächen an den Werkzeu gen, was auf speziellen Räumwerkzeug-Schärfmaschinen unter Verwendung von geraden Schleifscheiben oder Topfscheiben durchgeführt wird.
Eine seit längerem bekannte Werkzeugmaschine der SFR-Bauart zum Schleifen und Schärfen von Räumwerkzeugen enthält ein langgestrecktes Bett, auf dessen Oberseite zwei axial beabstandete Auflager angeordnet sind, die in Längsrichtung des Bettes verstellt und damit an die Länge eines zu bearbeitenden Räumwerkzeugs angepasst werden können. Die Auflager enthalten ein drehangetriebenes Spannmittel, in die das Werkzeug mit einem Ende eingespannt wird. Seitlich neben den Auflagern ist am Maschinenbett eine Bearbeitungseinheit angeordnet, die an Längsführungen parallel zum Maschinenbett motorisch verfahren kann. Diese Bearbeitungseinheit enthält eine drehangetriebene Arbeitsspindel, in welche geeignete Fräs-, Bohr- oder Schleifwerkzeuge eingewechselt werden können. Um die verschiedenen Bereiche des eingespannten Werkzeugs spanend zu bearbeiten, lässt sich die Arbeitsspindel in allen Achsrichtungen in vorgegebene Schräglagen ausrichten. Für den automatischen Ablauf der verschiedenen Bearbeitungsvorgänge sorgt eine NC-Steuereinheit.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine hochdynamische, steife und zugleich kompakte Werkzeugmaschine zum spanenden Bearbeiten von Räumwerkzeugen zu schaffen, die bei universellen Einsatzmöglichkeiten fertigungstechnisch einfach konzipiert und kostengünstig ist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Bearbeitungseinheit einen an einem ersten Schlitten angelenkten Ausleger enthält, der an seinem freien Ende einen um mindestens zwei Schwenkachsen verstellbaren Schleifkopf mit integrierter Arbeitsspindel trägt, wobei der Ausleger über einen Stützstab mehrgelenkig an einem zweiten Schlitten abgestützt ist und beide Schlitten in den Längsführungen mittels gesonderter Antriebsaggregate verfahrbar sind.
Die erfindungsgemäße Ausbildung der Bearbeitungseinheit durch Vorsehen eines über einen Schlitten geführten Auslegers und dessen mehrgelenkige Abstützung über eine Stützstange an einem zweiten Schlitten ermöglicht eine freie Auskragung des Auslegers und dessen Verstellung in der Y-Koordinatenachse, und zwar ohne dass für die Verstellbewegungen ein eigener Antrieb erforderlich wäre. Vielmehr erfolgt die Bewegung des am freien Ende des Auslegers vorgesehenen Bearbeitungskopfes in der Y-Koordinatenachse durch Verstellbewegungen der beiden Schlitten in X-Koordinatenrichtung. Insgesamt ergibt sich gegenüber bekannten Bearbeitungseinheiten eine erhebliche Reduzierung des Fertigungsaufwands. Zu den Vorteilen der erfindungsgemäßen Werkzeugmaschine gehört insbesondere die hohe Steifigkeit und Dynamik der Bearbeitungseinheit in X-Y-Z-Koordinatenachsen, welche vorzugsweise durch die charakteristische Anordnung der Bearbeitungskomponenten erzeugt wird. Vorteilhaft ist weiterhin die mehrgelenkige Aufhängung des Schleifkopfes mit der integrierten Arbeitsspindel, was eine uneingeschränkte Anzahl von Betriebsstellungen und Schleifoperationen in allen kartesischen Achsrichtungen ermöglicht. Es wird somit eine 5-Seiten-Bearbeitung ermöglicht, wodurch die Maschine auch zum Koordinatenschleifen geeignet ist.
Bei einem besonders zweckmäßigen Ausführungsbeispiel sind die Längsführungen als Führungsschienen an der dem Maschinenbett zugewandten Frontseite eines langgestreckten Maschinenständers horizontal angeordnet. Maschinenbett und Maschinenständer sind jeweils blockartig ausgebildet und fest miteinander verbunden bzw. als integraler Baukörper ausgeführt. Der Maschinenständer mit den an seiner vertikalen Frontseite angeordneten horizontalen Längsführungen ermöglicht eine kompakte und verwindungssteife Halterung und Führung des in sich formsteifen Auslegers und dessen Stützstabes.
Gemäß einer zweckmäßigen Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Werkzeugmaschine ist im Schleifkopf die Arbeitsspindel zusammen mit deren getriebelosem Antriebsmotor angeordnet, wobei dieser Schleifkopf über zwei Drehachsen mit dem Ausleger gelenkig verbunden ist.
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist der den Schleifkopf tragende Ausleger in der vertikalen Z-Koordinatenachse verstellbar und um einen vertikalen Zapfen gelenkig an dem ersten Schlitten montiert, wobei zur Höhenverstellung des Auslegers im ersten Schlitten ein Verstellantrieb vorgesehen ist.
Zur Erzielung einer in etwa λ-artigen Kinematik ist der Stützstab mit einem kugelförmigen oder kardanischen Endteil im zweiten lediglich in der Horizontalen verfahrbaren Schlitten sowie mit seinem anderen kugelförmigen bzw. kardanischen Endteil etwa mittig im Ausleger gelenkig abgestützt.
Im Folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung im Einzelnen beschrieben. Es zeigen:
1 eine Werkzeugmaschine zur spanenden Bearbeitung von Räumwerkzeugen in schematischer perspektivischer Darstellung;
2 die Werkzeugmaschine nach 1 in Draufsicht.
Die dargestellte Werkzeugmaschine enthält ein hochsteifes Bett 1, das bei der dargestellten Ausführung eine nach vorn unten geneigte Oberfläche 2 aufweist. Im vorderen Bereich des Bettes 1 sind auf dessen Oberseite mehrere sockelartige Tragklötze 3 vorgesehen, auf denen sich eine durchgehende formsteife Platte 4 abstützt. Auf der Oberseite dieser durchgehenden Platte 4 sind Spann-Nuten 5 vorgesehen, die zur Fixierung von zwei Auflagern 6, 7 in vorgegebenen Abständen dienen. In diesen beiden Auflagern 6, 7 sind – nicht im Einzelnen dargestellte – Spannvorrichtungen vorgesehen, in die ein – hier lediglich schematisch dargestelltes – Räumwerkzeug 8 mit seinen beiden Endabschnitten eingespannt wird. Auf der durchgehenden tischartigen Platte 4 ist eine Magnetplatte 9 angeordnet, auf der flache Räumwerkzeuge geschliffen werden können.
Mit dem Schrägbett 1 ist ein vertikaler Ständer 10 einteilig verbunden, der sich über die gesamte Länge des Schrägbetts erstreckt und an seiner vertikalen Frontseite zwei parallele horizontale Führungsschienen 11, 12 aufweist. An diesen beiden Führungsschienen sind zwei Schlitten 13, 14 in Richtung der dargestellten X-Koordinatenachse verfahrbar geführt. Jeder Schlitten verfügt über einen eigenen Linearantrieb, der z.B. als Kugelrollspindel ausgebildet sein kann. Möglich ist auch der Antrieb der beiden Schlitten 13, 14 durch mindestens einen elektrischen Linearmotor, dessen stationärer Statorteil zwischen den beiden Führungsschienen 11, 12 an der Frontseite des Ständers 10 montiert sein kann.
An dem ersten Schlitten 13 ist ein U-förmiger Halter 15 in der vertikalen Z-Achse mittels eines – nicht dargestellten – Antriebs motorisch verstellbar montiert, der in seinen beiden Schenkeln je eine Bohrung zur Aufnahme und Halterung eines Gelenkbolzens 16 aufweist. An diesem Gelenkbolzen 16 ist zwischen den beiden Schenkeln ein Ausleger 17 horizontal verschwenkbar gelagert, der an seinem freien Ende einen vertikalen Drehzapfen 18 aufweist.
An der Vorderseite des zweiten Schlittens 14 ist etwa im mittleren Bereich eine Ausnehmung 20 ausgebildet, in welcher ein Stützstab 21 mittels eines Kugel- oder Kardangelenks 22 abgestützt ist. Auch am anderen Ende des Stützstabes 21 befindet sich ein Endteil 23, das in der Seitenwand des Auslegers 17 durch ein Kugel- oder Kardangelenk eingreift. Die beiden Schlitten 13, 14, der Ausleger 17 und der Stützstab 21 bilden eine λ-Kinematik.
An dem im Ausleger 17 endseitig gelagerten Drehzapfen 18 ist über ein zylindrisches Zwischenstück 25 ein Bearbeitungskopf 26 montiert, der eine Arbeitsspindel mit integriertem Antriebsmotor enthält, in die ein Spanwerkzeug, z.B. eine Schleifscheibe 28, eingewechselt werden kann. Die Arbeitsspindel bzw. der Schleifkopf ist über zwei Drehachsen A, B mit dem Ausleger 17 verbunden. Die A-Achse verläuft vertikal und ermöglicht eine Schwenkbewegung des Spindelkopfes mit der integrierten Arbeitsspindel in einer horizontalen Ebene. Diese A-Achse schneidet in einem festgelegten Winkel von 45° die B-Achse. Eine Verdrehung des Schleifkopfes 26 um die B-Achse ermöglicht eine Schrägstellung des Schleifkopfes 26 gegenüber dem aufgespannten Räumwerkzeug.
Die Anlenkung des Auslegers 17 über den Drehbolzen an dem U-förmigen Tragelement 15 ermöglicht horizontale Schwenkbewegungen des Auslegers 17 um die vertikale Z-Koordinatenachse. Da das U-förmige Tragelement 15 vertikal beweglich am Schlitten 13 angeordnet ist, kann die Höhenlage des Auslegers 17 und damit auch des Schleifkopfes 26 eingestellt werden, was durch die doppelgelenkige Abstützwirkung des Stützstabes 21 bei dessen entsprechender Schrägstellung möglich wird. Dieser Stützstab 21 wirkt somit als längenkonstante Momentenstütze, die den zweiten Schlitten 14 mit dem mittleren Teil des Auslegers 17 mehrgelenkig verbindet. Durch Verfahren der beiden Schlitten 13, 14 wird bei sich änderndem Zwischenabstand die Position des Drehzapfens 18 und damit auch des Schleifkopfes 26 in der Y-Koordinatenachse geändert.
Der von dem Schrägbett 1 und dem Ständer 10 gebildete einteilige Maschinengrundkörper besteht zweckmäßig aus Mineralguss, weil dieses Material besonders günstige Dämpfungseigenschaften besitzt. Der auf den Tragklötzen 3 befestigte Arbeitstisch 4 hat eine horizontale Ausrichtung und dient einerseits zur Fixierung der beiden Auflager 6, 7 in vorgegebenen Positionen sowie auch der als horizontaler Magnetspanntisch ausgeführten Abstützung 9.
Als Antriebsaggregate für die Verfahrbewegungen der beiden Schlitten 13, 14 sind neben den sog. Kugelrollspindeln elektromagnetische Linear-Direktantriebe geeignet. Für die Vertikalbewegung des U-förmigen Tragelements 15 am Schlitten 13 wird ein Elektro-Servomotor mit spielfreiem Kugelgewindetrieb bevorzugt. Für die Drehbewegung des Werkzeugs in der W-Achse dient zweckmäßig ein rotatorischer Direktantrieb und für die Drehbewegungen um die A-Achse sowie die B-Achse werden Hohlwellenantriebe bevorzugt.

Claims

Werkzeugmaschine zum Schleifen von Räumwerkzeugen, bestehend aus – einem langgestreckten Maschinenbett (1), – auf dem Maschinenbett (1) angeordneten verstellbaren Auflagern (5, 6) mit drehangetriebenen Spannmitteln für ein zu schleifendes Räumwerkzeug (8), – einer Bearbeitungseinheit, die an Längsführungen (11, 12) parallel zum Maschinenbett (1) motorisch verfahrbar ist und eine drehangetriebene Arbeitsspindel (26) aufweist, die mit einem auswechselbaren Werkzeug (28) in vorgegebene Schräglagen ausrichtbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass – die Bearbeitungseinheit einen an einem ersten Schlitten (13) angelenkten Ausleger (17) enthält, der an seinem freien Ende einen um mindestens zwei Schwenkachsen verstellbaren Schleifkopf (26) mit integrierter Arbeitsspindel trägt, – der Ausleger (17) über einen Stützstab (21) mehrgelenkig an einem zweiten Schlitten (14) abgestützt ist, und – beide Schlitten (13, 14) in den Längsführungen (11, 12) mittels Antriebsaggregaten verfahrbar sind.
Werkzeugmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Längsführungen (11, 12) an der dem Maschinenbett (1) zugewandten Frontseite eines langgestreckten Maschinenständers (10) angeordnet sind.
Werkzeugmaschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das vorzugsweise als Schrägbett mit horizontaler Tischplatte (9) ausgeführte Maschinenbett (1) und der Maschinenständer (10) blockartig ausgebildet und fest miteinander verbunden bzw. als integraler Baukörper ausgeführt sind.
Werkzeugmaschine nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Schlitten (13, 14) durch elektrische Linearmotoren in den Längsführungen (11, 12) verfahrbar sind.
Werkzeugmaschine nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Schleifkopf (26) mit der direktangetriebenen Arbeitsspindel über zwei Drehachsen (A, B) mit dem Ausleger (17) gelenkig verbunden ist.
Werkzeugmaschine nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Ausleger (17) in der vertikalen Z-Koordinatenachse verfahrbar an dem ersten Schlitten (13) angeordnet ist.
Werkzeugmaschine nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Stützstab (21) mit einem kugelförmigen Endteil (22) im zweiten Schlitten (14) und mit seinem anderen kugelförmigen Endteil (23) etwa mittig im Ausleger (17) gelenkig abgestützt ist.