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Automatische Drehbank
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Die Erfindung bezieht sich auf eine automatische Drehbank mit einem
drehbaren und axial verschiebbaren Spindelstock zum Halten eines Werkstückes in
Form eines Drahtes oder einer Stange, und mit einer Mehrzahl von verschiebbaren
Werkzeughaltern, die radial zum Werkstück angeordnet und wahlweise eingesetzt werden,
um das Werkstück zu bearbeiten.
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Bei bekannten automatischen Drehbänken dieser Art ist eine Mehrzahl
von verschiebbaren Werkzeughaltern vorgesehen, die radial zum Werkstück bewegbar
sind und durch entsprechende Profilnocken gesteuert werden, die auf einer gemeinsamen
Steuerwelle angeordnet sind und ihrerseits über durch starke Federn beaufschlagte
Hebelmechanismen wirken. Bei diesen automatischen Drehbänken bilden Hebelmechanismen
mit unterschiedlichen Längen den Kraftübertragungsweg von den zugehörigen Nocken
auf die betreffenden Werkezughalter, so daß der Übertragungsverlust, der von der
Steifigkeit der Hebel und der gelenkigen Verbindung zwischen den Hebeln herrührt,
sowie die relative Größe dieses Verlustes von großer Konsequenz sind. Eine automatische
Drehbank, die
einen langen Kraftübertragungsweg hat, ist nicht für
Präzisionsarbeiten geeignet und ergibt zusätzlich Unzuträglichkeiten aufgrund der
unterschiedlichen Bearbeitungspräzision durch die verschiedenen Werkzeughalter.
Die Herstellung einer Mehrzahl von Nocken, die für die betreffenden Werkzeughalter
verwendbar sind, sowie ihre Anordnung in vorbestimmten Stellungen auf der gemeinsamen
Steuerwelle bedarf außerdem einer zeitraubenden und mühsamen Arbeit.
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Um diese Nachteile, die aus der Verwendung der vorher erwähnten Nocken
resultieren, zu vermeiden, schlägt das japanische Gebrauchsmuster Nr. 21183/1975,
veröffentlicht am 26.6.1975 vor, das Hebelwerk für jeden Werkzeughalter über eine
Kupplungseinheit mit einer gemeinsamen Antriebswelle zu verbinden. Diese gemeinsame
Antriebswelle ist parallel zur Achse des Werkstückes angeordnet und trägt eine Mehrzahl
von Antriebszahnrädern, von denen jedes mit einem Abtriebszahnrad in Verbindung
steht, das mit der Kupplungseinheit verbunden ist, die dem Hebelwerk des betreffenden
Werkzeughalters zugeordnet ist. Demzufolge gestattet eine Steuerung der einzelnen
Kupplungseinheiten eine selektive Kraftübertragung von der Welle auf jeden Werkzeughalter.
Es ist jedoch offensichtlich, daß auch diese automatische Drehbank den nachteiligen
Übertragungsverlust nicht vermeiden kann, der dadurch entsteht, daß Hebelwerke verwendet
werden, die eine Mehrzahl von Hebeln beträchtlicher Länge aufweisen.
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Um diese Nachteile der bekannten automatischen Drehbänke zu vermeiden,
wurde in der älteren Patentanmeldung P 26 34 397.5 bereits eine automatische Drehbank
vorgeschlagen, die eine selektive Steuerung der Bewegung der betreffenden Werkzeughalter
durch einen einzigen Nocken gestattet, wodurch eine beträchtliche Verringerung der
Länge des Kraftübertragungsweges zwischen dem Nocken und den einzelnen Werkzeughaltern
erreicht wird. Dabei ist eine Mehrzahl von verschiebbaren Werkzeughaltern, die jeweils
ein Werkzeug tragen, am Maschinenrahmen so angeordnet, daß sie radial zum Werkstück
zwischen einer Ruhestellung und einer maximalen vorgeschobenen Arbeitsstellung verschiebbar
sind, und es ist ein einziger
Nocken auf der anderen Seite des Maschinenrahmens
angeordnet, der um die Achse des Werkstückes gedreht werden kann, wobei die Anordnung
derart ist, daß zum Intätigkeitsetzen eines bestimmten Werkzeughalters dieser Werkzeughalter,
der mit dem Nocken operativ verbunden ist, angetrieben wird, um eine Profilsteuerung
der Größe und Geschwindigkeit des Vorschubs des Werkzeughalters in Übereinstimmung
mit der Nockenfläche des Nockens zu erreichen.
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Dabei ist jedem Werkzeughalter eine Hydraulikzylindereinheit zugeordnet,
die den betreffenden Werkzeughalter zwischen einer Ruhestellung und einer maximal
vorgeschobenen Arbeitsstellung bewegt.
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Jeder Werkzeughalter ist außerdem mit einem Arm verbunden, der sich
durch den Maschinenrahmen parallel zur Achse des Werkstückes zum Nocken erstreckt.
Die Anlage des Arms an der Nockenfläche des Nockens bestimmt die Geschwindigkeit
und die Größe des Vorschubes des Werkzeughalters in Übereinstimmung mit dem Drehwinkel
des Nockens und der Steigung des Nockenprofils. Der Nocken ist mit einem numerisch
gesteuerten Servo- oder Schrittmotor verbunden, und seine Winkelbewegung erfolgt
über einen Drehwinkel, der proportional zur Anzahl der dem Motor zugeführten Impuls~e
ist.
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Bei dieser automatischen Drehbank sind im wesentlichen alle Nachteile
der konventionellen automatischen Drehbänke vermieden. Die Anordnung eines einzigen
Nockens zur Steuerung der einzelnen Werkzeughalter und einer Mehrzahl von Hydraulikzylindereinheiten
zum individuellen Antrieb der Werkzeughalter erfordert jedoch eine relativ komplizierte
Konstruktio#n.
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Es ist demzufolge eine Aufgabe der Erfindung, eine automatische Drehbank
zu schaffen, die einfach in der Konstruktion ist und in welcher die Länge des Kraftübertragungsweges
zwischen einer Kraftquelle und den einzelnen Werkzeughaltern verringert werden und
jeweils einen gleichen Wert haben kann, ohne daß ein Steuernocken und Hydraulikzylindereinheiten
benötigt werden.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß eine Mehr-]
zahl von Antriebszahnrädern auf einem imaginären Kreis um die Achse eines Werkstückes
angeordnet sind, wobei jedes Zahnrad
einem von einer Mehrzahl von
Werkzeughaltern zugeordnet ist, die radial zur Achse des Werkstückes hin und von
dieser wegbewegbar sind. Die Antriebszahnräder sind mit einer Kraftquelle über geeignete
Übertragungsmittel verbunden und werden selektiv mit den Werkzeughaltern über individuelle
Verbindungsmittel verbunden, welche eine Kupplungseinheit enthalten. Mit dieser
Anordnung kann ein Werkzeughalter von dem zugehörigen Antriebszahnrad nur während
der Zeit angetrieben werden, während der die diesem Werkzeughalter zugeordnete Kupplungseinheit
eingerückt ist. Da die Antriebszahnräder auf einem gemeinsamen Kreis angeordnet
sind, können die Verbindungsmittel zwischen den Werkzeughaltern und den Antriebszahnrädern
identisch sein, wodurch Schwierigkeiten vermieden werden, die aus unterschiedlichen
Verlusten in der Übertragung zu den einzelnen Werkstückhaltern entstehen könnten.
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Weitere Einzelheiten und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der
folgenden Beschreibung in Verbindung mit den Zeichnungen, in denen einige Ausführungsbeispiele
der Erfindung dargestellt sind.
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Fig. 1 ist eine Frontansicht des Hauptteils einer erfindungsgemäßen
automatischen Drehbank, mit Blickrichtung in der Axialrichtung eines Werkstückes;
Fig. 2 ist ein Querschnitt entlang Linie 2-2 in Fig. 1; Fig. 3 ist eine Seitenansicht
von Verbindungsmitteln, die geringfügig von denjenigen von Fig. 1 abweichen; Fig.
4 ist eine teilweise geschnittene Seitenansicht einer dritten Form von Verbindungsmitteln;
Fig. 5 ist eine schematische Darstellung der Übertragungsmittel, die geringfügig
von denjenigen von Fig. 1 abweichen; Fig. 6 ist eine schematische Darstellung einer
Abwandlung der Ausführung von Fig. 5, und Fig. 7 ist eine schematische Darstellung
einer weiteren Abwandlung
der in Fig. 1 dargestellten Übertragungsmittel.
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Fig. 1 zeigt die wesentlichen Teile einer erfindungsgemäßen automatischen
Drehbank, die auf einem Maschinentisch mit einem starren senkrechten Rahmen 11 montiert
ist, der sich von einem Bett 10 erstreckt und mit diesem einstückig ist. Der Rahmen
11 weist eine Öffnung 16 auf, in welcher eine Lagerbüchse 12 bekannter Bauart angeordnet
ist. Ein Werkstück 13 wird von einem nicht dargestellten Drehfutter eines ebenfalls
nicht gezeigten Spindelstocks gehalten, der an der Rückseite des vertikalen Rahmens
11 angeordnet ist und das Werkstück 13 drehen und axial bewegen kann. Derartige
Vorschubeinrichtungen sind an sich bekannt. An der Vorderseite des senkrechten Rahmens
11 ist eine Mehrzahl von verschiebbaren Werkzeughaltern 17, im Ausführungsbeispiel
fünf, angeordnet, die in einer radialen Richtung relativ zum Werkstück 13 bewegbar
sind. Eine Werkzeugfassung 18 ist starr an jedem Werkzeughalter 17 befestigt, und
ein Werkzeug 19 kann fest, jedoch lösbar an der Fassung 18 durch Klemmschrauben
befestigt werden. Die Schneidkante des Werkzeuges 19 schneidet radial in das Ende
des Werkstückes 13, welches sich geringfügig durch die Büchse 12 hindurcherstreckt,
wie dies später beschrieben wird.
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Jeder Werkzeughalter 17 weist eine Schwalbenschwanznut 27 (Fig.2)
auf, in welcher ein Führungsglied 28 verschiebbar eingreift, das durch Gewindebolzen
29 am Rahmen 11 befestigt ist und eine Verschiebebewegung des Werkzeughalters 17
relativ zum Rahmen 11 ermöglicht. Eine Abdeckplatte 21 ist am oberen Ende des Werkzeughalters
17 angebracht, und eine Schraubenfeder 22 ist in der Nut 27 zwischen der Abdeckplatte
21 und dem Führungsglied 28 angeordnet, die bestrebt ist, den Werkzeughalter 17
vom Werkstück 13 wegzudrücken.
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Hinter dem vertikalen Rahmen 11 ist eine Mehrzahl von Antriebszahnrädern
33 gleicher Größe vorgesehen, deren Mittelpunkte auf einem Kreis um die Achse des
Werkstückes 13 liegen, wobei jeweils ein Zahnrad 33 einem Werkzeughalter 17 zugeordnet
ist. Jedes Zahnrad 33 ist fest auf einer Welle 34 angeordnet, die sich parallel
zur
Längsachse des Werkstückes 13 erstreckt und drehbar in dem vertikalen Rahmen 11
gelagert ist. Die Antriebszahnräder 33 stehen in Eingriff mit einem Schaltrad 35
großen Durchmessers, das um die Längsachse des Werkstücks 13 drehbar ist und in
Eingriff mit einem Hauptzahnrad 37 steht, welches mit einem numerisch gesteuerten
Motor 36 verbunden ist. Wenn der Motor 36 eine bestimmte Anzahl von Impulsen erhält,
bewegt sich das Schaltrad 35 um einen Winkel, der proportional der Anzahl der Impulse
ist, wodurch eine proportionale Drehung der Antriebszahnräder 33 bewirkt wird. Das
Schaltrad 35 ist über ein Nadellager 39 auf einem am vertikalen Rahmen 11 angebrachten
Lagerflansch 38 gelagert. Der Lagerflansch 38 trägt außerdem ein Axiallager 40,
welches die vert tikale Ebene bestimmt, in welcher sich das Schaltrad 35 bewegt.
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An dem vertikalen Rahmen 11 sind mehrere Verbindungseinheiten 23 mit
Kupplungseinheiten 30 angeordnet, die selektiv jeweils einen Werkzeughalter 17 mit
seinem zugehörigen Antriebszahnrad 33 in Verbindung bringen, Die Verbindungseinheit
23 enthält einen Mechanismus bekannter Art, der eine Drehbewegung in eine Verschiebebewegung
übersetzt und aus einer drehbar im Rahmen 11 gelagerten Verbindungswelle 24 und
einem starr auf der Welle 24 befestigten Hebelarm 25 besteht.
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Die Kupplungseinheit 30 verbindet die Welle 24 selektiv mit der Welle
34 des Antriebszahnrades 33. Die Kupplungseinheit 30 kann von bekannter Art sein
und beispielsweise von einer elektromagnetischen Kupplung gebildet werden. Normalerweise
jedoch trennt diese Kupplungseinheit 30 die Welle 24 von der Welle 34. An seinem
freien Ende trägt der Hebelarm 25 eine Einstellschraube 26, welche die Oberfläche
der Abdeckplatte 21 des zugehörigen Werkzeughalters 17 berührt und die verdreht
werden kann, um den betreffenden Werkzeughalter 17 in eine bestimmte Ausgangsstellung
zu bringen. Normalerweise wird der Hebelarm 25 entgegen dem Uhrzeigersinn in Fig.
1 bewegt, da der Werkzeughalter 17, an dem die Einstellschraube 26 anliegt, durch
die Feder 22 nach außen geschoben wird. Er nimmt jedoch eine Ausgangsstellung ein,
die bestimmt
ist durch seine Anlage an einem Anschlagzapfen 31,
der an dem vertikalen Rahmen 11 angebracht ist. Auf diese Weise kann die Ausgangsstellung
des Werkzeughalters 17 relativ zur Ausgangslage des Hebelarms 25 eingestellt werden.
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Im Betrieb der in Fig, 1 und 2 dargestellten automatischen Drehbank
wird die Kupplungseinheit 30 der Verbindungseinheit 23, die einem ausgewählten Werkzeughalter
17 zugeordnet ist, eingerückt, so daß die Verbindungswelle 24 mit der Welle 34 des
zugehörigen Antriebszahnrades 33 in Eingriff kommt. Dann wird dem Motor 36.
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eine notwendige Anzahl von Impulsen zugeführt, wodurch der Motor proportional
zu der Anzahl der Impulse entgegen dem Uhrzeigersinn in Fig. 1 gedreht wird und
alle Antriebszahnräder 33 in Fig. 1 im Uhrzeigersinn bewegt werden, und zwar um
einen vorbestimmten Drehwinkel als Ergebnis des Antriebs, der über das Hauptzahnrad
37 und das Schaltrad 35 übertragen wird, Diese Winkelbewegung wird auf die Welle
24 übertragen, wodurch der damit verbundene Hebelarm 25 den zugehörigen Werkzeughalter
17 radial nach innen auf die Längsachse des Werkstückes 13 zu um einen vorbestimmten
Weg aus der eingestellten Ausgangsstellung verschiebt, wodurch das Werkstück 13
mit dem von dem Werkzeughalter 17 getragenen Werkzeug 19 bearbeitet wird. Nach Beendigung
des vorbestimmten Verschiebeweges des ausgewählten Werkzeughalters 17 löst die Kuppe
lungseinheit 30 die Welle 24 von der Welle 34, worauf der Werkzeughalter 17 unter
der Wirkung der Feder 22 in seine Ausgangsstellung zurückkehrt, womit ein erster
Arbeitszyklus des Werkzeughalters 17 vollendet ist. Das Antriebssystem einschließlich
des Motors 36 kann nun zurückgestellt oder in Vorbereitung für einen nächsten Bearbeitungszyklus
erregt gehalten werden. Auf welche Weise das Antriebssystem gesteuert wird, hängt
von dem gewünschten Programm oder einer numerischen Steuerung ab. Die beschriebene
Arbeitsweise bleibt unverändert, wenn mehrere Werkzeughalter gleichzeitig während
eines einzigen Bearbeitungszyklus verschoben werden.
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Fig. 3 zeigt ein Ritzel 41 und eine Zahnstange 42, die anstelle des
Hebelarms 25 der Verbindungseinheit 23 von Fig. 1 verwendet
werden
können. In dieser Figur sind gleiche Teile mit den gleichen Bezugszeichen wie in
Fig. 1 bezeichnet. Das Ritzel 41 ist fest auf der Verbindungswelle 24 angeordnet
und ist in Eingriff mit der Zahnstange 42, die an den Werkzeughaltern 17 angebracht
ist. Auch bei diesem Ausführungsbeispiel wird der Werkzeughalter 17 durch die hier
nicht gezeigte Feder 22 von dem Werkstück 13 wegbewegt. Die Ausgangslage des Werkzeughalters
17 kann durch eine Einstellschraube 44 eingestellt werden, die in einer Halteplatte
43 angeordnet ist, welche sich von dem nicht gezeigten senkrechten Rahmen erstreckt.
Die Art der Verschiebung des Werkzeughalters 17 ist im wesentlichen gleich demjenigen
des vorhergehenden Ausführungsbeispiels und wird nicht mehr im einzelnen beschrieben.
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Fig. 4 zeigt eine weitere Alternative, die anstelle der Verbindungseinheit
23 von Fig. 1 verwendet werden kann. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist eine Schnecke
45 fest auf der Verbindungswelle 24 angeordnet, die über eine nicht dargestellte
Kupplungseinheit mit dem Antriebszahnrad 33 verbunden werden kann. Die Schnecke
45 ist im Eingriff mit einem Schneckenzahnrad 46, das in einem am senkrechten Rahmen
befestigten Lager 48 gelagert ist und mit einem Innengewinde eine Gewindestange
47 bewegen kann, die drehfest mit dem Werkzeughalter 17 verbunden ist. Wenn die
Schnecke 45 und mit ihr das Schneckenrad 46 umlaufen, wird die Gewindestange 47
axial verschoben, um den Werkzeughalter 17 zu verschieben. Der Werkzeughalter 17
ist hierbei nicht unter der Wirkung einer Feder 22 wie bei der Ausführung gemäß
Fig. 1, sondern das Rückstellen des Werkzeugträgers 17 erfolgt durch eine umgekehrte
Drehung des Antriebszahnrades 33. Eine Ausgangsstellung des Werkzeugträgers 17 wird
durch eine Steuerung des Antriebssystems erreicht.
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Fig. 5 bis 7 zeigen weitere Beispiele von Übertragungsmitteln zwischen
dem Motor 36 und den Antriebszahnrädern 33. In jedem dieser Beispiele sind die Antriebszahnräder
33 auf einem Kreis angeordnet, der als Mittelpunkt die Längsachse des Werkstückes
13 hat. In dem Beispiel gemäß Fig 5 erstreckt sich ein endloser
Zahnriemen
50 um die Antriebszahnräder 33 und um ein Schaltrad 49, das um die Längsachse des
Werkstücks 13 umläuft. Das Schaltrad 49 ist mit einem weiteren, koaxialen Schaltrad
51 verbunden, und ein weiterer endloser Zahnriemen 52 erstreckt sich um dieses Schaltrad
51 und das Hauptzahnrad 57, das auf der Welle des Motors 36 angebracht ist.
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Im Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 6 erstreckt sich ein endloser Zahnriemen
53 um die Zahnräder 33 und das Hauptzahnrad 37 auf der Welle des Motors 36 herum,
das außerhalb der Längsachse des Werkstücks 13 angeordnet ist. Eine Anzahl von Riemenspannrollen
54 ist zwischen den Zahnrädern 33 und 37 vorgesehen. In den Beispielen von Fig.
5 und 6 könnten der Zahnriemen und die Zahnräder durch eine Kette und Kettenräder
ersetzt werden.
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Im Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 7 sind die Antriebszahnräder 33
durch eine Mehrzahl von Schalträdern 55 miteinander verbunden, wobei jeweils ein
ausgewähltes Schaltrad 55 von dem Motor 36 angetrieben werden kann.
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Selbstverständlich ist die Erfindung nicht auf die dargestellten
Ausführungsbeispiele beschränkt. Insbesondere könnte die dargestellte Verbindungseinheit
durch jeden anderen Mechanismus ersetzt werden, der eine Drehbewegung in eine translatorische
Bewegung umsetzt.
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- Patentansprüche -