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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Lageberich-
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tigung von Zahnrädern oder von Drehteilen mit ähnlicher Formgebung
des Umfanges in der Spannvorrichtung der Maschine zur Nachbearbeitung der Umfangsform
der Werkstücke.
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Das Einbringen der genannten Werkstücke erfolgt bisher größtenteils
von Hand, wobei die genau definierte Lage des Werkstücks durch einen Indexstift
bestimmt ist. Soll jedoch die Zuführung der Werkstücke automatisch mit einem Handhabungsgerät
(Industrieroboter) erfolgen, besteht das Problem, Werkstücke der beschriebenen Art,
z. B. Zahnräder, in einer genau definierten Lage in die Spannvorrichtung der Bearbeitungsmaschine
einzubringen. Es ergibt sich daher die Aufgabe, eine Vorrichtung zur Berichtigung
der Lage der Werkstücke zu schaffen. Die Lösung der Aufgabe besteht in einer Indexiereinrichtung
nach dem Hauptpatentanspruch.
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Die vorgeschlagene Einrichtung stellt ein Glied zur Automatisierung
der Werkstückhandhabung und des Werkstück flusses dar.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt
und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen
Fig.
1 eine Draufsicht auf die Spannvorrichtung einer Werkzeugmaschine mit einem als
Werkstück dargestellten Zahnrad und einer Indexiereinrichtung; Fig. 2 einen Schnitt
nach der Linie II - II in Fig. 1; Fig. 3 einen Schnitt nach der Linie III - III
in Fig. 2; Fig. 4 einen Hydraulikplan für die Bedienung der Spannvorrichtung und
des Indexzylinders sowie für das Reversieren des Indexstiftes und Drehen des Werkstücks;
Fig. 5 einen Ausschnitt aus der Steuereinrichtung zur Bedienung der Indexiereinrichtung.
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Wie Fig. 1 bis 3 zeigen, ist neben der Spannvorrichtung 20 der Werkzeugmaschine
eine Aufnahmeflansch 11 für die Indexiereinrichtung 10 angeordnet. Die Indexiereinrichtung
10 besteht aus dem Zapfen 12, der mittels einer Spannschraube 14 je nach Breite
der zu bearbeitenden Werkstücke in verschiedener Höhe eingespannt werden kann. Zur
Aufnahme eines Indexzylinders 15 dient eine mit dem Zapfen 12 fest verbundene Klermahülse
12a, in der der Indexzylinder 15 mittels einer Klemmschraube 16 je nach Durchmesser
des zu bearbeitenden
Werkstücks W gespannt wird. Zu dem Indexzylinder
15 gehört eine Indexkolbenstange 17 mit einem Kolben 17a und eine Druckfeder 17b,
die bestrebt ist, den Indexstift 13, der in dem, dem Werkstück W zugewandten Ende
der Kolbenstange befestigt ist, in den Indexzylinder 15 hineinzuziehen.
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Der jenseits des Kolbens 17a liegende freie Zylinderraum 15a ist mit
einer Druckmittelleitung 35 (s. Fig. 4) verbunden.
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Auf dem nach außen verlängerten Ende der Kolbenstange 17 ist ein einstellbarer
Nocken 18 für die Bedienung eines Endschalters 19 bzw. cl, c2 in Fig. 4 angeordnet.
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Der Aufnahmeflansch 11 kann in einer Schlittenführung 21 geführt
sein und durch einen Verstellzylinder 22 verschoben werden zwecks Verdrehen des
Werkstücks W.
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Anstelle der Schlittenführung 21 kann der Zapfen 12 in dem Aufnahmeflansch
11 drehbar sein, wobei auf dem verlängerten Ende des Zapfens 12 ein Ring 24 befestigt
ist, an den ein mit Druckmittel beaufschlagbarer Drehzylinder 23 angelenkt ist zwecks
Verdrehen des Werkstücks W.
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Um das Werkstück W nach der Bearbeitung von der Spannvorrichtung
20 abzustreifen, ist diese ein- und ausfahrbar.
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Hierzu ist ein Druckkolben 25 in dem Zylinderraum 26 angeordnet.
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Für das Spannen der Spannbuchse 20b ist der Spanndorn 20a mittels
eines Kolbens 27 in einem Zylinder 28 ein-und ausfahrbar.
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Zum Steuern des Druckzylinders 26 für das Ein- und Ausfahren der
Spannvorrichtung 20 ist ein Magnetventil 29 (s. Fig. 4) angeordnet. Hierbei dient
die Magnetwicklung A2 zum Ausfahren der Spannvorrichtung 20 zwecks Übernahme eines
Werkstücks W, während die Magnetwicklung Al zum Einfahren der Spannvorrichtung 20
zwecks Abgabe des fertig bearbeiteten Werkstücks W dient.
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Der Zylinder 27 zum Werkstück-W-spannen, wird von einem Magnetventil
30 gesteuert. Hierbei dient die Magnetwicklung B2 zum Spannen des Werkstücks W bzw.
zum Einfahren des Spanndorns 20a in die Spannbuchse 20b, während zur Freigabe des
Werkstücks W die Magnetwicklung B1 dient.
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Zum Ausfahren des Indexstiftes 13 ist der Indexzylinder 15 mit dem
Kolben 17a angeordnet. Zum Steuern des Indexzylinders 15 ist ein Magnetventil 31
angeordnet, dessen Magnetwicklung C1 zur Steuerung des Indexstiftes 13 in Nullage
dient bzw. zur Entlüftung des Indexzylinders, während durch die Magnetwicklung C2
der Druckkolben 17a entgegen der Druckfeder 17b beaufschlagt wird zwecks Ausfahren
des Indexstiftes 13 und Ausrichten des Werkstücks W.
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Zur Steuerung des Verstellzylinders 22 bzw. Drehzylinders 23 dient
ein Magnetventil 32, dessen Magnetwicklung D2 ein Verstellen des Indexstiftes 13
aus der Nullage bewirkt, während eine Magnetwicklung D1 eine Rückkehr des Indexstiftes
in die Nullage bewirkt.
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Zur Versorgung der Zylinder 26, 28, 15 und 22 bzw. 23 mit Druckmittel
ist eine Pumpe 33 angeordnet, die aus einem Behälter 34 durch eine Druckleitung
35 den Zylinder über die zugehörigen Magnetventile Druckmittel zuführt. Durch eine
Rücklaufleitung 36 gelangt das Druckmittel wieder zurück zum Behälter 34.
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Die Steuerung der Magnetventile 29, 30, 31 und 32 kann durch einen
Prozeßrechner oder eine EDV-Anlage handelsüblicher Art erfolgen. In Fig. 5 ist ein
Ausschnitt einer Schaltungsanordnung zur Bedienung der Indexiereinrichtung dargestellt
und anhand dieses Schaltbildes die Wirkungsweise beschrieben.
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In der Ruhelage der Anlage sind die Kontakte a1, bl, cl, dl, el geschlossen
und die Kontakte a2, b2, c2, d2, e2 geöffnet. Die bistabilen Kippstufen BK1 und
BK2 befinden sich ebenfalls in der Ruhelage, d. h. am Ausgang ist geringes Potential
"L" angeschaltet.
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Wenn die EIN-Taste E betätigt wird, kippt die bistabile Kippstufe
BK1 in die andere Lage; am Ausgang der bistabilen Kippstufe BK1 wird höheres Potential
"H" angeschaltet. Am Ausgang des UND-Elements 41 steht ebenfalls Potential H, da
dem einen Eingang Potential H von der bistabilen Kippstufe BK1 zugeführt wird und
an dem invertierten Eingang der offene Kontakt a2 eingeschaltet ist als Potential
"L". Die Magnetspule A2 wird erregt, so daß über das Ventil 29 der hydraulische
Antrieb für das Ausfahren der Spannvorrichtung 20 mit Druck beaufschlagt wird. Sobald
die Spannvorrichtung ausgefahren ist, wird der in Fig. 5 nicht dargestellte Kontakt
al geöffnet und der Kontakt a2 geschlossen.
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An dem invertierten Eingang des UND-Elementes 41 wird über den geschlossenen
Kontakt a2 Potential H angeschaltet, so daß an seinem Ausgang das Potential H abgeschaltet
wird und die Magnetspule A2 ebenfalls nicht mehr erregt wird.
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Über den Kontakt a2 wird Potential H an einem Eingang des UND-Elementes
42 gelegt, an dessen anderem Eingang bereits das Potential H liegt; am Ausgang des
UND-Elementes 42 entsteht ebenfalls Potential H, das einem Eingang des UND-Elementes
43 zugeschaltet wird. Der invertierte Eingang ist mit dem offenen Kontakt e2 verbunden.
An dem Ausgang des UND-Elementes 43 entsteht Potential "H", das einer nicht dargestellten
Schalteinrichtung F, z. B. einem Handhabungsautomaten,
zur Freigabe
eines Werkstückes zugeleitet wird.
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Nach Freigabe des Werkstücks wird der Kontakt el geöffnet und der
Kontakt e2 geschlossen. Potential H wird an dem invertierten Eingang des UND-Elementes
43 geschaltet, so daß an seinem Ausgang das Potential H abgeschaltet wird. An beiden
Eingängen des UND-Elementes 44 liegt Potential H, so daß auch an seinem Ausgang
Potential H angeschaltet wird, das an einem Eingang des UND-Elementes 45 anliegt.
Da der invertierte Eingang an dem offenen Kontakt c2 liegt, liegt am Ausgang des
UND-Elementes 45 Potential H, das an jeweils einem Eingang der UND-Elemente 46 und
47 und an das Zeitglied tl angeschaltet wird; letzteres schaltet nach der Zeit tl,
die maximal zum Ausfahren des Indexierstiftes 13 erforderlich ist, Potential H an
seinem Ausgang. Bis zum Ablauf der Zeit tl liegt jedoch am Ausgang der bistabilen
Kippstufe BK2 geringes Potential L, so daß am Ausgang des UND-Elementes 46 Potential
H und damit auch am Ausgang des ODER-Elementes 55 liegt. Da an dem invertierten
Eingang des UND-Elementes 57 der offene Kontakt c2 und an dem anderen Potential
H - vor dem Ausgang des ODER-Elementes 55 - liegt, liegt auch an seinem Ausgang
Potential H, das die Magnetspule C2 einschaltet. Hierdurch wird über das Ventil
31 der Antrieb für den Indexierstift derart mit der Druckleitung 35 verbunden, daß
der Indexierstift 13 ausgefahren wird.
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Wenn innerhalb der Zeit tl der Indexierstift seine Endlage erreicht,
wird der Kontakt cl geöffnet und der Kontakt c2 geschlossen. Über Kontakt c2 wird
Potential H an den invertierten Eingang des UND-Elementes 45 geschaltet, so daß
an seinem Ausgang das Potential H verschwindet und damit auch die Magnetspule C2
abgeschaltet wird. Über die Kontakte c2 und dl liegt Potential H an beiden Eingängen
des UND-Elementes 54 und erscheint somit auch an seinem Ausgang, so daß die Magnetspule
B2 eingeschaltet wird und die hydraulische Spannvorrichtung 20 durch Druckzufuhr
das Werkstück W spannt.
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In einer Endlage der Spannvorrichtung wird der Kontakt b1 geöffnet
und Kontakt b2 geschlossen. Über b2 wird Potential H an einen Eingang der bistabilen
Kippstufe BK1 geschaltet, die in die Ruhelage kippt, so daß am Ausgang Potential
L erscheint. Außerdem wird vor dem Kontakt b2 eine Lampe G eingeschaltet, die das
Ende der Indexierung anzeigt.
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Außerdem wird über den Kontakt c2 und das ODER-Element 56 die Magnetspule
C1 erregt, die ein Zurückfahren des Indexierstiftes in die Ruhelage steuert. Die
Erregung der Magnetspule C1 wurde nach Zurückkippen von BK1 in die Ruhelage über
das UND-Element 51 aufrechterhalten, an dessen beiden invertierten Eingänge der
Ausgang von der Kippstufe BKl und der Kontakt cl liegen. Sobald der Kontakt cl schließt,
erscheint am Ausgang des UND-Elementes 51 Potential L, so daß die Magnetspule C1
ausgeschaltet wird.
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Wenn jedoch während der Zeit tl der Indexierstift 13 nicht seine
Endlage erreicht, z. B. weil er auf einen Zahn statt auf eine Zahnlücke auftritt,
spricht das Zeitglied t1 an und schaltet an einem Eingang der Kippstufe BK2 Potential
H an, die hierdurch auch an ihrem Ausgang Potential H anschaltet. Am Ausgang des
UND-Elementes 46 wird Potential H abgeschaltet und somit die Magnetspule C2 ab-
und über das UND-Element 47, das ODER-Element 56 und das UND-Element 58 die Magnetspule
C1 eingeschaltet, die den Indexierstift in die Ruhelage zurückführt. Wenn cl geschlossen
ist, wird über das UND-Element 58 die Magnetspule C1 abgeschaltet. Weiterhin liegt
über cl am Ausgang des UND-Elementes 48 und damit am Eingang des UND-Elementes 50
Potential H. Da an dem invertierten Eingang des UND-Elementes 50 der offene Kontakt
d2 angeschaltet ist, liegt an seinem Ausgang Potential H, so daß die Magnetspule
D2 erregt wird und der Indexierstift 13 z. B. verschwenkt wird, bis der Kontakt
d2 schließt. Hierdurch wird über das UND-Element 50 die Erregung der Magnetspule
D2 abgeschaltet. Außerdem wird am zweiten Eingang des UND-Elementes 49 Potential
H angeschaltet, an dem ersten Eingang liegt Potential H von dem Ausgang der Kippstufe
BK2, so daß an seinem Ausgang Potential H erscheint und über das ODER-Element 55
und das UND-Element 57 die Magnetspule C2 erregt wird. Der Indexierstift 13 wird
erneut ausgefahren und trifft in eine Zahnlücke, da der
Verschwenkungswinkel
entsprechend ausgelegt worden ist. Wenn der Kontakt c2 geschlossen wird, wird der
Kontakt cl geöffnet.
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Über das UND-Element 57 wird die Magnetspule C2 abgeschaltet.
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Über den Kontakt c2 wird auch an den zweiten Eingang von dem UND-Element
52 Potential H angelegt, dessen Ausgang mit einem Eingang des UND-Elements 53 verbunden
ist. Da an dem invertierten Eingang der offene Kontakt dl angeschlossen ist, liegt
an seinem Ausgang Potential H und die Magnetspule D1 wird erregt, die den Indexierstift
13 wieder in Normallage zurückdreht. Wenn diese erreicht ist, wird der Kontakt dl
geschlossen und über den ebenfalls geschlossenen Kontakt c2 liegt an beiden Eingängen
des UND-Elementes 54 Potential H, so daß die Magnetspule B2 eingeschaltet wird.
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Die weiteren Schaltvorgänge laufen wie oben nach Einschalten der Magnetspule
B2 ab.
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Ergänzend wird zu dieser Wirkungsweise angegeben: Zunächst wird auf
die ausgefahrene Spannvorrichtung 20 ein Werkstück W vom Greifer eines Handhabungsgerätes
mit undefinierter Lage der Verzahnung aufgeschoben. Durch Verstellen in Achsrichtung
und Drehen um die Achse des Indexstiftes 13 mit Hilfe eines Meisterrades oder einer
Schablone kann das Werkstück W, z. B. ein Stirnrad, entsprechend seiner Breite und
der geforderten definierten Lage der Zahnlücke eingestellt werden.
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Vor Beginn des Indexiervorganges befindet sich in der Indexkolbenstange
17 ein auswechselbar eingeschraubter Indexstift 13 in Ausgangslage außerhalb des
Kopfkreisdurchmessers des in der Spannvorrichtung 20 zentrierten, aber nicht gespannten
Zahnrades.
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Ist das Werkstück W bzw. Zahnrad auf die Spannbuchse 20b aufgeschoben,
löst die Steuerung die hydraulische oder pneumatische Betätigung des Indexierhubes
aus.
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Bei entsprechender Stellung der Zahnlücke fährt der am Kopf kugelförmig
ausgebildete Indexstift 13 in die Zahnlücke und drückt die Verzahnung in die gewünschte
Position. Über den einstellbaren Nocken 18 wird der Endschalter 19 betätigt und
der abgeschlossene Indexiervorgang der Steuereinrichtung gemeldet. Die Spannvorrichtung
20 wird gespannt und nach Zurückfahren des Indexstiftes 13 in Ausgangsposition kann
die Bearbeitung der sich nun in definierter Lage zum Werkzeug W der Bearbeitungsmaschine
befindlichen Kontur begonnen werden.
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Trifft jedoch der Indexstift 13 auf den Zahnkopf statt in die Zahnlücke
des Zahnrades, so wird der Endschalter 19 vom Nocken 18 nicht betätigt. In diesem
Fall löst die Steuereinrichtung einen Reversiergang aus: Der Indexstift 13 wird
kurzzeitig
zurückgezogen und gleichzeitig eine Drehbewegung des Zahnrades W durch die über
einen Teilapparat ablaufende Drehbewegung der Maschinenachse mit Spannvorrichtung
20 eingeleitet. Der Indexstift 13 wird über ein Zeitglied in der Steuerung sofort
wieder ausgesteuert und eingefahren.
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Nunmehr findet der Indexstift 13 am verdrehten Zahnrad die Zahnlücke
und die Indexierung kann - wie oben beschrieben -durch den Endschalter 19 zu Ende
geführt werden. Die Bearbeitungsmaschine mit Spannvorrichtung 20 führt ihre Bewegung
bis zur Beendigung des Teilvorganges aus und erst dann wird das Werkstück über die
Spannbuchse 20b mittels Einfahren des Spanndornes 20a gespannt. Die Drehbewegung
des Zahnrades kann statt durch den Teilapparat auch durch einen Drehzylinder 23
ausgeführt werden, der den Zapfen 12 mit der Klemmhülse 12a um einen vorbestimmten
Winkel verdreht. Oder: der in einer Schlittenführung 21 geführte Aufnahmeflansch
11 wird durch einen Verstellzylinder 12 um ein vorbestimmtes Maß verstellt zwecks
Parallelverschiebung des Indexstiftes 13.