-
Spanende Bearbeitungsmaschine mit
-
einem Werkzeugwechselmagazin Die Erfindung betrifft eine spanende
Bearbeitungsmaschine Er rotierende Werkzeuge, die in Werkzeugwechselhaltern lose
tn einem Werkzeugwechselmagazin angeordnet und quer koaxial zur Pinole und der darin
gelagerten Arbeitsspindel bewegbar sowie mittels einer zentralen Zugstange in der
Arbeitsspindel spannbar sind.
-
bs sind bereits spanende Bearbeitungsmaschinen aleser Art bekannt,
die ganz allgemein den Nachteil zeigen, daß der Aufwand immer noch verhältnismäßig
groß ist, weil insbesondere zum automatischen Ausrichten, Zentrieren, Spannen und
Verriegeln sowie zum Wiederlösen der Werkzeughalter elektrische, pneumatische oder
hydraulische Manipulationen bzw. Steuerungen benötigt werden.
-
Z.B. ist eine Bohrmaschine der erwähnten Art bekannt, bei der zur
Spannung der erwähnten einzigen Spannstange in der Mitte der Spindel ein zusätzlicher
Spann-Antrieb benötigt wird (USA-PS 3 191 260).
-
Es ist weiter eine Bohrmaschine mit einem Bohrkopfmagazin und einer
Pinole bekannt, bei der die Bohrköpfe in dem Magazin auf Führungen durch eine Drehscheibe
quer zur Arbeitsspindeldrehachse in ihre Arbeitsstellung bewegt werden, bei der
die Bohrkopf nach der Querbewegung in die Arbeitsstellung durch eine Ausnehmung
in dem nicht drehbaren Magazin durchgreifende mechanischen Spanndruck erzeugende
Spannvorrichtung in einer Zentrierauftahme eines Aufnahmeflansches der Pinole durch
die Vorschubbewegung automatisch ausrichtbar und spannbar sind.
-
Dadurch können die Bohrköpfe wesentlich größer als bisher ausgeführt
werden, auch ergibt sich der Vorteil, daß in dem ersten kurzen Teil der Vorschubbewegung
die Bohrköpfe aufgenommen, ausgerichtet und mit der Vorschubbewegung gespannt sowie
mit der Antriebswelle gekuppelt werden. Hierbei erfolgt das Ausrichten und Spannen
an der Pinole, während das Kuppeln nur mit der Spindel erfolgt. Auch hierdurch ist
daher ein verhältnismäßig großer Aufwand bedingt. Auf diese Weise können die Mehrspindelbohrköpfe
in allerk~rzester Zeit mit größter Genaui'gkeit
automatisch ausgewechselt
werden (DT-OS 2 140 203,9-14).
-
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die spanende Bearbeitungsmaschine
der eingangs erwähnten Art so zu verbessern, daß alle BEfehls-, Steuerungs- und
Kontrollgeräte für die Werkzeughalter-Spannung entfallen können.
-
Die Lösung dieser Aufgabe durch die Erfindung besteht darin, daß die
WErkzeughalter einen Spannzapfen aufweisen, der in einem Schlitz der zentralen durch
eine Feder belasteten Zugstange einfahrbar ist, woraufhin durch eine kurze Vorwärtsbewegung
der Pinole infolge der Federkraft der Werkzeughalter zentrierbar und auf die Planfläche
der Spindel spannbar ist.
-
Auf diese Weise können die erwähnten Befehls-, Steuerungs- und Kontrollgeräte
entfallen, weil beim Vorfahren der Pinole während einer sehr kurzen, nur wenige
Millimeter betragenden Bewegung in einem kleinen Bruchteil einer Sekunde die Zentrierung,
Verriegelung und Kupplung auf mechanischem Wege erfolgt. Auf diese Weise ist die
Maschine auch wesentlich kostengünstiger als die bekannten.
-
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Zugstange
eine durch die Feder verschiebbare mechanische Verriegelungsvorrichtung
zur
formschlüssigen Verriegelung der Zugstange mit der Spindel aufweist. Auf diese Weise
erfolgt eine zusätzliche Verriegelung,wodurch die Steifigkeit der Verbindung wesentlich
erhöht wird. Diese Maßnahme ist insbesondere dann zu empfehlen, wenn die Maschine
zum Fräsen verwendet werden soll, wobei bekanntlich gewiße Querkräfte auf die Spindel
ausgeübt werden.
-
Dabei kann die weitere Ausgestaltung so erfolgen, daß die Verriegelungsvorrichtung
einen federbelasteten axial bewegbaren kegligen Bolzen in der Zugstange aufweist,
der durch Anfahren gegen die axial ortsfeste Antriebswelle zur Entriegelung betätigbar
ist, wobei die Verriegelungskugeln in radialen Bohrungen eines Kopfstücke sder Zugstange
angeordnet sind, die gegen eine keglige Fläche in der Spindel spannbar sind.
-
Auf diese Weise ist die Verriegelung sehr einfach und zuverlässig,
sie kann auch in diesem Falle innerhalb eines sehr kleinen Bruchteiles einer Sekunde
durchgeführt werden.
-
Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung ist vorgesehen, daß die
Pinole, wie für sich bekannt, zur Vorschubbewegung als Kolben und die Pinolenführung
als Zylinder für eine hydraulische
oder pneumatische Betätigung
ausgebildet sind.
-
Durch diese Maßnahme ist ganz sichergestellt, daß die Vorschubkraft
auf die Pinole genau koaxial aufgebracht wird.
-
Schließlich ist auch noch bevorzugt, daß die Planfläche der Spindel1
gegen die die Werkzeughalter spannbar sind, mit einer Planverzahnung versehen ist.
-
In dieser Planverzahnung kann gleichzeitig auch die Zentrierung des
Werkzeughalters vorgesehen sein, so daß in sehr einfacher Weise sowohl die Übertragung
eines Drehmoments als auch die Zentrierung gleichzei#tig durchgeführt werden.
-
Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der
nun folgenden Beschreibung eines Ausftlhrungsbeispiels unter Hinweis auf die Zeichnung.
In dieser zeigen: Fig. i eine teilweise geschnittene Seitenansicht auf den Kopf
der Maschine; Fig. 2 einen Schnitt nach der Linie II-II der Fig. 1 und Fig. 3 einen
vergrößerten Schnitt durch die Pinole nach Fig. 1.
-
Fig. 1 zeigt schematisch den Kopf der Maschine mit dem Spindel kasten
19 und der darin befestigten Pinolenführung 10, Diese ist gleichzeitig als Vorschubzylinder
ausgebildet.
-
Oben sieht man die Abschlußplatte 20, in der die Lagerung für die
Antriebswelle 8 angeordnet ist. Diese Welle 8 ist axial ortsfest gelagert und entweder
als Keilwelle oder als Welle mit einer Paßfeder ausgebildet.
-
Auf der unteren Abschlußplatte 21 sind neben der Pinolenführung 10
auch die Lagerung 14 des Magazins 2 sowie der Antriebsmotor 16 zum Weiterschalten
des Magazins befestigt. Eine Doppelkurbel 15, die auf dem Wellenstumpf des Motors
16 sitzt, schaltet über eine Malteserkreuz 12 das Magazin. In diesem Magazin 2 sind
Bohrungen vorgesehen, in denen die Werkzeughalter 1 mit ihren Spannzapfen mit einem
Kopf 6 lose gelagert sind. Diese Werkzeughalter 1 werden mit Ausnahme in ihrer Arbeitsstellung
axial bevorzugt durch einen Haltering 13 axial gehalten, der in eine Nut des Werkzeughalters
eingreift, wie man auch der Fig. 2 entnehmen kann.
-
Fig. 2 zeigt das Magazin 2 von der Seite des Spindelkastens her gesehen.
Bei diever Anslcht sind das Malteserkreuz 12 sowie
die Doppelkurbel
15 der besseren Übersicht wegen weggelassen.
-
Der Teilschnitt zeigt, daß der Haltering 13 in die Werkzeughalter
eingreift, was bevorzugt ist. Ferner ist angedeutet, wie der Spannzapfen mit dem
Kopf 6 des Werkzeughalters in den zangenförmigen Schlitz der zentralen Zugstange
5 der Arbeitsspindel beim Weiterschalten des Magazins 2 ein- und ausfahren kann.
-
Fig. 3 zeigt einen Schnitt durch einen Teil der Pinole 3, Wie schon
anhand der Fig. 1 erläutert, ist die Pinole 3 bevorzugt als Kolben ausgebildet.
Zentrisch in der Pinole ist die Arbeitsspindel 4 gelagert. Hierzu sieht man im unteren
Bereich das Kugellager 24. Darunter ist der Werkzeugwechselhalter 1 mit seiner Planfläche
25 sichtbar, die vorzugsweise eine Planverzahnung aufweist, die gleichzeitig auch
zum Zentrieren dienen kann. In der Mitte des Werkzeughalters 1 ist der Spannzapfen
mit dem Kopf 6 zu sehen, der in einem entsprechend ausgebildeten zangenförmigen
Schlitz 26 der zentralen Zugstange 5 sitzt, welche durch die Feder 7 in der Arbeitsspindel
nach oben gedrückt wird. Dadurch wird der Spannzapfen mit dem Kopf 6 und somit der
Werkzeughalter 1 nach oben gespannt. Hierbei ist die Feder 7 unten durch den Ring
27 in der Arbeitsspindel 4 abgestützt und als Druckfeder
ausgebildet,
so daß die Kraft der Feder am gegenüberliegenden Ende gegen das hohle Kopfstück
28 der Zugstange 5 drückt.
-
In diesem Bereich ist die erfindungsgemäße Verriegelungsvorrichtung
angeordnet, die dazu dient, die Zugstang 5 mit der Antriebsspindel 4 formschlüssig
zu verriegeln. hierzu ist der mit der kegligen Fläche 23 versehene Bolzen 9 in dem
Hohlraum 29 durch die Feder 18 beaufschlagt in der Zugstange 5 geführt.
-
In den Seitenwandungen dergopfstückes 28 sind Bohrungen 30a, 30b,
angeordnet, in denen Verriegelungskugeln 17a, 17b sitzen, die durch die Kegel flächen
23 des Bolzens 9 infolge der Kraft der Feder 18 radial nach außen gedrückt werden,
wobei sie dann in die schräge Fläche 31 der Arbeitsspindel 4 eingreifen.
-
Die keglige Fläche 23 weist in dem entscheidenden Bereich gegenüber
einer Parallele zur Spindelachse einen Winkel auf, der in der Nähe der Selbsthemmung
liegt und somit etwa 6 - 80 beträgt.
-
Auf diese Weise wird durch eine verhältnismäßig kleine Kraft der Feder
18 ein absoluter Formschluß erreicht, und somit die Steifigkeit wesentlich erhöht.
Auf diese Weise wird das Drehmoment nicht nur durch die Planverzahnung 25 übertragen,
sondern zusätzlich auch durch die Zugstange 5.
-
Im nachfolgenden wird die Wirkungsweise insgesamt erläutert.
-
Zum Werkzeugwechsel fährt die Pinole 3 nach oben zurück. Kurz vor
dem Erreichen der Werkzeugwechselstellung wird der keglige Bolzen 9 automatisch
durch den Zapfen 32 der axial ortsfesten Antriebswelle 8 gestoppt. Da die Pinole
mit der Arbeitsspindel und der Zugstange den Rückhub weiter fortsetzt, wird der
Bolzen 9 gegenüber der Zugstange 8 gegen die Kraft der Feder 18 verschoben, bis
die Zugstange 5 selbst durch die Antriebswelle 8 gestoppt wird. Durch den eingeschobenen
Bolzen 9 können nunmehr bei weiterem Rückhub die Verriegelungskugeln 17 durch die
Bohrungen 30 ausweichen, wodurch die erwähnte Verriegelung gelöst wird, woraufhin
die Pinole mit der Spindel gegen die Kraft der Feder 7 um einen kurzen Weg von etwa
3 - 4 mm weiter nach oben bewegt wird. In dieser Endlage ist auch die Pinole zum
Stillstand gebracht. Nunmehr kann der Werkzeughalter 1 von der Spindel getrennt
und das Magazin geschaltet werden, wobei der Spannzapfen mit seinem Kopf 6 aus dem
Schlitz 26 der Zugstange radial herausgeschoben wird.
-
Die Aufnahme eines neuen Werkzeugwechselhalters 1 mit einem anderen
Werkzeug erfolgt in umgekehrter Reihenfolge, was daher nicht im einzelnen erläutert
werden muß.
-
Durch die Erfindung entfallen die aufwendigen elektrischen, pneumatischen
oder hydraulischen Einrichtungen, die sonst zum Ausrichten, Zentrieren, Spannen
und Verriegeln der Werkzeughalter sowie zum Wiederlösen und zur Kontrolle dieser
Einrichtungen nötig sind.
-
Das erfindungsgemäße Zentrieren, Ausrichten, Spannen und Verriegeln
erfolgt vollautomatisch mechanisch während der ersten wenigen Millimeter des Eilhubes
der Pinole. Da die übliche Eilhubgeschwindigkeit bei derartigen Maschinen ca. 0,15
m/s beträgt, dauert der Vorgang nur Bruchteile von Sekunden, z.B.
-
1/30 oder 1/40 Sekunden. Auf diese Weise tritt die überraschende Wirkung
ein, daß trotz verringerten Aufwandes die Span-zu-Span-Zeiten stark verkürzt sind.
Außerdem kann infolge des Wegfalls sämtlicher Befehls-, Steuerungs- und Kontrollgeräte
für die Werkzeughalter-Spannung die Maschine mit erheblich geringerem Aufwand gefertigt
werden.