DE2441215C2

DE2441215C2 - Vorschubantrieb für eine spanende Werkzeugmaschine

Info

Publication number: DE2441215C2
Application number: DE2441215A
Authority: DE
Inventors: William Manson Milford Conn. Hoddinott; Richard John Monroe Conn. Hreschak
Original assignee: Textron Inc
Current assignee: Textron Inc
Priority date: 1973-11-07
Filing date: 1974-08-28
Publication date: 1986-09-04
Also published as: BR7407839A; JPS5074874A; JPS5949122B2; US3859001A; GB1451557A; DE2441215A1; CA994536A; IT1021949B; ES431624A1

Description

Die Erfindung betrifft einen Vorschubantrieb für eine spanende Werkzeugmaschine mit einer Programmsteuerung für die Vorschubbewegung eines rotierenden Werkzeuges gegenüber einem Werkstück gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Die exakte Begrenzung des Vorschubweges von Werkzeugspindeln an gesteuerten Werkzeugmaschinen und die präzise Zurückführung der Werkzeugspindel an den Ausgangspunkt des Vorschubweges sind Voraussetzung für eine einwandfreie Bearbeitung. Mit zunehmender Arbeitsgeschwindigkeit der Werkzeugmaschinen erweisen sich jedoch die bisher zur Begrenzung des Vorschubweges verwendeten mechanischen Anschläge als nachteilig, weil sie zu einer schlagartigen Verzögerung der Werkzeugspindel und damit zu Erschütterungen oder gar Beschädigungen führen können. Um diesen Nachteil zu vermeiden und die gesteigerten Genauigkeitsansprüche zu erfüllen, die an numerisch gesteuerte Werkzeugmaschinen gestellt sind, sind deshalb bereits Vorschubantriebe der eingangs genannten Art — in Anwendung für den Antrieb eines Koordinatentisches — mit einer spielfreien verdeckten Kugelrollspindel bekannt geworden, bei denen die Kugelrollspindel durch einen programmgesteuerten Schrittmotor angetrieben ist. Dabei erfolgt die Wegmessung je nach den Genauigkeitsanforderungen direkt oder indirekt mit einem zur Steuerung passenden Meßsystem (DE-Z »Industrieanzeiger« Nr. 93 vom 21. Nov. 1967, S. 95).

Die Festlegung der Vorschubstrecke im Rahmen eines solchen Meßsystems ist durch die Programmsteue rung selbst möglich (vgl. Siemens-Prospekt »Sinumerik« 323, August 1971), wobei der Schrittmotor nicht nur für den Antrieb, sondern auch für die Messung und damit auch für die Positionierung eingesetzt wird. Das setzt voraus, daß die Kugelrollspindel programmgesteuert nach Durchführung einer Bearbeitung wieder in die Ausgangslage zurückgeführt wird, wobei die Rückführstrecke durch Wegmessung innerhalb der Programmsteuerung überwacht wird. Wenn die Rückfüh- rung in die Ausgangslage, wie das zur ZeiteJnsparung üblich ist, mit höherer Geschwindigkeit erfolgt setzt das jedoch eine entsprechend aufwendige steuertechnische Maßnahme in der Programmsteuerung voraus, um die Ausgangslage wieder exakt einsteuern zu können.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine Vorschubsteuerung der eingangs genannten Art zu schaffen, bei der ein solcher Aufwand vermieden ist d. h., die bei insgesamt relativ einfachem Aufbau mit der Genauigkeit einer numerischen Programmsteuerung arbeitet jedoch auf einfache Weise eine rasche Rückführung des Werkzeuges in die jeweilige Ausgangslage gestattet

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe in Verbindung mit den Merkmalen des Oberbegriffs gelöst durch die Merkmale gemäß dem Kennzeichen des Patentanspruches 1.

Die Erfindung beschreitet einen im Vergleich zu dem eingangs geschilderten bekannten Vorschubantrieb einfacheren Weg, indem sie die Programmsteuerung mit einem gewöhnlichen Endschalter zusammenwirken läßt der mechanisch und elektrisch exakt die Ausgangslage definiert, von der aus die Vorschubstrecke durch die Programmsteuerung über den Schrittmotor gemessen wird. Diese Maßnahme ist betriebstechnisch sicher und erfordert trotz ihrer hohen Zuverlässigkeit einen sehr geringen steuertechnischen Aufwand. Durch Verlagerung des Endschalters kann somit der Vorschub der Kugelrollspindel durch bloßes Stillsetzen des Schrittmotors an einer unbegrenzten Anzahl von Stellen des Vorschubweges begrenzt werdep. ohne daß Bearbeitungsungenauigkeiten auftreten.

Um die Rückhubbewegung der Kugelrollspindel möglichst rasch durchführen zu können und damit dennoch zu vermeiden, daß die zugehörige Hohlspindel mit voller Geschwindigkeit auf den Endschalter trifft, ist nach einer Ausgestaltung im Rahmen der Erfindung vorgesehen, daß dem Endschalter ein Vorschalter zugeordnet ist, der bei Annäherung der Hohlspindel an die Endstellung den Schrittmotor auf geringere Geschwin digkeit umschaltet

Nach einer weiteren Ausgestaltung ist, insbesondere zusätzlich zu dem Endschalter und dem Vorschalter, der maximale Vorschubweg der Hohlspindel durch einen Endschalter zum Stillsetzen des Schrittmotors begrenzt Dieser Endschalter wird dann wirksam, wenn beispielsweise der volle Arbeitshub der Kugelrollspindel benötigt wird.

Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung erläutert. Es zeigt

F i g. 1 einen Vertikalschnitt durch das Lagergehäuse und zugeordnete Bauteile einer Werkzeugmaschine,

F i g. 2 teilweise im Schnitt eine Seitenansicht des Vorschubantriebes der Hohlspindel,

F i g. 3 einen Schnitt gemäß Linie 3-3 aus F i g. 2,

F i g. 4 eine Seitenansicht der Einrichtung zur Hubbegrenzung am Ende des Rückhubweges.

Die teilweise schematisch vereinfacht dargestellte Werkzeugmaschine gemäß F i g. 1 weist ein bezüglich

des Antriebs feststehendes Lagergehäuse 10 für die Werkzeughalterung und den Werkzeugantrieb auf. Im Lagergehäuse 10 ist eine Hohlspindel 11 vertikal — d. h. in Richtung ihrer Achse — verschieblich gelagert. Im Inneren der Hohlspindel U ist über Lager 12 eine Antriebswelle 13 — die Werkzeugspindel — drehbar gelagert, derart daß Axialbewegungen zwischen der Hohlspindel 11 und der Antriebswelle 13 ausgeschlossen sind und demzufolge die Antriebswelle 13 axiale Bewegungen der Hohlspindel 11 mitmacht. Am unteren Ende der Antriebswelle 13 ist eine konische Steckbuchse 14 zur Aufnahme des zulaufenden Schaftendes eines Werkzeuges oder irgendeiner Werkzeughaltevorrichtung vorgesehen.

Oberhalb des die Lager 12 aufnehmenden Hauptkörpers der Hohlspindel 11 ist ein hierzu koaxiales Verlängerungsteil 15 der Hohlspindel 11 vorgesehen; das Verlängerungsteil 15 ist rohrförmig ausgebildet und über einen flanschförmigen Anschlußteil 16 mit dem Hauptkörper der Hohlspindel 11 verbunden. Die Antriebswelle 13 erstreckt sich in Achsrichtung über den Verlängerungsteil 15 der Hohlspindel 11 hinaus und ist über ei.ie Keilverbindung 17 mit nicht näher dargestellten Antriebsmitteln für den Drehantrieb der Antriebsweile 13 und damit des Werkzeuges verbunden.

Die Hohlspindel 11 und die Antriebswelle 13 können in der Darstellung gemäß Fig. 1 nach oben und nach unten bewegt werden, um das ir. die Steckbuchse 14 eingesetzte Werkzeug auf das Werkstück zu und von ihm weg zu bewegen; hierzu ist eine über einen Zahnriemen 18 angetriebene Kugelmutter 19 als Vorschubmutter vorgesehen, welche in Lagern 20 koaxial zur Antriebswelle 13 und zur Hohlspindel 11 drehbar ist. Die Lager 20 sind an einem ortsfesten Abschnitt 21 des Lagergehäuses 10 festgelegt, so daß die Kugelmutter 19 zwar drehbeweglich, jedoch axial ortsfest gelagert ist.

Der rohrförmige Verlängerungsteil 15 ist an seiner Außenfläche mit einer Schraubennut 22 versehen, die Lagerkugeln 23 aufnimmt, welche andererseits in einer ähnlichen Nu' 24 an der Innenfläche der Kugelmutter 19 als Vorschubmutter abgestützt sind. Wenn die Kugelmutter 19 bezüglich der Hohlspindel 11 bzw. deren Verlängerungsteil 15 gedreht wird, so werden die Hohlspindel 11 und die Antriebswelle 13 nach unten oder oben bewegt, in Abhängigkeit von der Geschwindigkeit und der Richtung der Drehung der Kug?lmutter 19. Der Zahnriemen 18 steht im Eingriff mit einem Treibrad 25. welches gegen die Kugelmutter 19 festgelegt ist oder Teil der Kugelmutter 19 bildet, und mit einer Antriebsrolle 26 auf der Welle 27 eines Schrittmotors 28, der am Lagergehäuse 10 befestigt ist.

Der Schri'tmotor 28 ist 2in Synchron-Schrittmotor. und der Zahnriemen 18 treibt schlupffrei an. Die Kugelmutter 19 weist eine Vorspannung auf. welche jegliches Spiel zwischen der Hohlspindel 11 und der Motorwelle 27 kompensiert; der Schrittmotor 28 wird durch eine Programmsteuerung P gesteuert, welche die Hohlspindel 11 und damit auch das Werkzeug genau an der gewünschten Stelle im Vorschubweg anhält. Die vorgespannte Kugelmutter 19, die in vergrößerter Darstellung in Fig.2 und im Schnitt in Fig.3 dargestellt ist, weist zwei Kugelringe A und B auf, in denen die Kugeln je in einer zugeordneten Nut 24 sowie einem eigenen Rückiaufrohr 30 angeordnet sind, in welches die Lagerkugeln 23 in der in F i g. 3 veranschaulichten Weise aus ihrer Bahn in der zugehörigen Nut 24 über ein Auslenkteil 29 ausgelenkt werden. Die Kugeln im Bereich der Nut 24 greifen in die ununterbrochene Schraubennut 22 in dem Verlängerungsteil 15 ein. Die Kugelringe A und B liegen axial im Abstand voneinander, derart, daß die Lagerkugelii 23 im Kugelring A an einer Seitenwand der Schraubennut 22, diejenigen im Kugelkreis B hingegen an der gegenüberliegenden Seitenwand der Schraubennut 22 des Verlängerungsteils 15 anliegen, so daß die Kugeln des einen Kugelkreises ohne Spiel Last aufnehmen, wenn die Kugelmutter 19 in der einen Richtung dreht, die Kugeln des anderen Kugelringes hingegen

to ebenso spielfrei Last aufnehmen, wenn die Kugelmutter 19 in Gegenrichtung gedreht wird.

Da auf diese Weise jegliches Flankenspiei in dem Schraubtrieb vermieden ist und die Kugelmutter 19 vom Schrittmotor 28 aus schlupffrei formschlüssig angetrieben wird, halten Hohlspindel 11, Antriebswelle 13 und das Werkzeug stets genau an derselben Stelle an, wenn der Schrittmotor 28 eine bestimmte Anzahl von Arbeitsschritten ausgeführt hat, weiche mit Hilfe der Programmsteuerung P dem Schrittmotor 28 eingegeben wird. Die Programmsteuerung P ist so ausgelegt, daß für jeden durchzuführenden Arbeitsgang die Hohlspindel 11 bis zu einer bestimmten, VGrn jeweiligen Werkzeug und der durchgeführten Bearbeitung abhängigen Stelle vorgeschoben wird. Nachdem das Werkzeug nach der Bearbeitung angehalten ist. wird die Hohlspiudel 11 von der Programmsteuerung P in die Ausgangsstellung zurückgeführt. Hierzu ist ein Endschalter 35 vorgesehen, der am Lagergehäuse 10 festgelegt ist. Zur Betätigung des Endschalters mittels der

jo Hohlspindel 11 ist an dieser eine sich radial nach außen erstreckende Nase 31 vorgesehen, weiche in einem Führungsschlitz 32 des Lagergehäuses 10 beweglich ist und dabei zugleich die Hohlspindel 11 gegen Drehbewegungen bei ihrer axialen Verschiebung sichert, und die mit einer Stellschraube 33 versehen ist (F i g. 4). welche sich in Richtung auf den Endschalter 35 erstreckt und diesen betätigt. Der Endschalter 35 liegt in einem Steuerkreis mit einer Leitung 36 in einem Kabel 37, welches zur Programmsteuerung P führt und von dieser zum Schrittmotor 28, um dort einen Steuerbefehl zum Unterb^rechen des Motorstromkreises wirksam werden zu lassen. Durch entsprechende Einstellung der Stellschraube 33 kann erreicht werden, daß der Schrittmotor 28 bei seinem Rückhubantrieb stillgesetzt wird, wenn die Hohlspindel 11 den vorgesehenen oberen Endpunkt ihrer Axiaibewegung erreicht hat.

Um eine schnelle Rückhubbewegung der Hohlspindel 11 in ihre vorbestimmte obere Ausgangsstellung zu ermöglichen, ohne mechanische Bauteile zu beschädigen.

ist ein Vorschalter 38 mit einer Kontaktzunge 40 vorgesehen, die normalerweise den Schalter geschlossen hält, jedoch über eine an der Kontaktzunge 40 vorgesehene Nase 41 den Vorschalter S8 öffnet, wenn die Nase 31 an de. Hohlspindel 11 auf die Nase 41 an der Kontaktzunge 40 trifft; beim Öffnen des Vorschalaers .18 wird die Geschwindigkeit des Schrittmotors 28 herabfeesteuert. bevor die Stellschraube 33 auf den Endschalter 35 auftrifft.
Eine Endbegrerinng des Vorschubweges der Hohl-

bo spindel 11, der Antriebswelle 13 und des Werkzeuges kann durch einen weiteren Endschalter 39 erreicht werden, der im unteren Endpunkt der Axialbewegung der Hohlspindel 11 von der Nase 31 betätigt wird und ebenfalls den Motorstromkreis unterbricht.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungein

Claims

Patentansprüche:

1. Vorschubantrieb für eine spanende Werkzeugmaschine mit einer Programmsteuerung für die Vorschubbewegung eines rotierenden Werkzeuges gegenüber einem Werkstück, mit einem von der Programmsteuerung ansteuerbaren Schrittmotor, mit einer Kugelrollspindel und einer damit zusammenwirkenden vorgespannten Kugelmutter, dadurch gekennzeichnet, daß die Kugelrollspindel als axial verschiebbare Hohlspindel (11) ausgebildet ist und eine Antriebswelle (13) für das Werkzeug drehbar, jedoch axial unverschiebbar lagert, daß die Kugelmutter (19) axial unverschieblich in einem Lagergehäuse (10) der Werkzeugmaschine gelagert und über ein schlupfloses Getriebe (Zahnriemen 18) und von dem Schrittmotor (28) in Drehung versetzbar ist und daß der Programmsteuerung (P) ein von der HohJspindel (11) betätigbarer Endschalter (35) zum Stillsetze/: des Schrittmotors (28) in einer vorbestimmten radstellung des Rückhubweges der Hohlspindel (11) zugeordnet ist, von der der nächste Vorschub ausgeht

2. Vorschubantrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dem Endschalter (35) ein Vorschalter (38) zugeordnet ist, der bei Annäherung der Hohlspindel (11) an die Endstellung den Schrittmotor (28) auf geringere Geschwindigkeit umschaltet

3. Vorschubantrieb nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der maximale Vorschubweg der Hohlspindel (11) durch einen Endschalter (39) zum Stillsetzen des Schrittmotors (28) begrenzt ist.