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Einrichfung zum gerichteten Leiten von Fertigungshilfsstoff
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Diese Erfindung betrifft Einrichtungen zum gerichteten Leiten von
Fertigungshilfsstoff (FHS) vorzugsweise an die Schnittstelle eines Werkzeuges bzw.
Eindringstelle eines Werkzeuges in ein Werkstueck insbesondere an Werkzeugmaschinen.
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Es sind Werkzeugmaschinen bekannt, bei denen Duesen, aus denen der
Fertigungshilfsstoff austritt, um die das Werkzeug tragende Spindel angeordnet sind.
Diese Duesen sind beweglich gelagert und koennen jede fuer sich manuell verstellt
werden, so dass der austretende Strahl auf die zu benetzende Stelle gerichtet werden
kann. Nachteilig dabei ist, dass der Strahl aller oder einzelner dieser Duesen durch
den Bediener der Maschine, entsprechend dem Bearbeitungsvorgang und dessen Fortschritt,
manuell und fuer jede Duese einzeln nachgerichtet werden muss. Ein automatischer
Betrieb der Maschine ist daher nicht moeglich.
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Demzufolge wurde vorgeschlagen (DE-OS 2 437 739), das verstellbar
gelagerte Zufuehrrohr fuer den Fertigungshilfsstoff durch einen Motor zu bewegen,
der in Abhaengigkeit von der Vorschubbewegung des Arbeitsschlittens der Werkzeugmaschine
gesteuert wird. Unter der Voraussetzung, dass vor Beginn der Bearbeitung das Zufuehrungsrohr
so gerichtet ist, dass der austretende Kuehlmittelstrahl auf die Spitze des Bohrwerkzeuges
treffen
kann, besteht mit dieser Loesung die Moeglichkeit, das Zufuehrungsrohr in Abhaengigkeit
vom Vorschub des Arbeitsschlittens stets so nachzustellen, dass der Kuehlmittelstrahl
immer im wesentlichen auf die Eindringstelle des Werkzeuges in das Werkstueck gerichtet
ist. aussetzung dafuer ist Jedoch dass die Laenge des Bohrwerkzeuges erfasst und
zur Positnonierung des Zufuehrrohres vor Beginn des Bohrvorganges verwendet wird,
Die vorgeschlagene Loesung sieht dazu fuer Werkzeugmaschinen mit Werkzeugwechselei
nri chtung einen Fuehler vor, der das in der Werkzeugwechselstation bereitstehende
Werkzeug hinsichtlich seiner Laenge abtastet. Die Einstellung des Fuehlers wird
gespeichert und die Speichereinrichtung schaltet den Nachsteilmotor ab, wenn die
Einstellung des Zufuehrrohres der Einstellung des Fuehlers entspricht.
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Damit ist insofern der automatische Betrieb der Werkzeugmaschine moegli
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Nachteilig ist der fuer die Fuehleinrichtung und der fuer die weitere
Verarbeitung der so ermittelten Information erforderliche Aufwand. Zudem kann die
Einrichtung nur fuer Bohrer und bohreraehnllche Werkzeuge eine hinreichend genaue
Information fuer den Nachstellmechanismus liefern. Bei Messerkoepfen beispielsweise
ist die erfuehlte Information kaum fuer eine genaue Ausrichtung des Zufuehrrohres
auf die Schnittstelle des Werkzeuges zu gebrauchen. Offensichtlich ist die vorgeschlagene
Loesung dafuer auch nicht vorgesehen.
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Hinsichtlich des Ausnutzungsgrades des Fertigungshilfsstoffes hat
sich ein einziges Zufuehrrohr insbesondere bei der Zufuhr des PHS unter hohem Druck
als unguenstig erwiesen, da sehr viel Fertigungshilfsstoff wirkungslos von der benetzten
Stelle ab spritzt und ausserdem kann beim Bohren, bedingt durch die Form des Bohrers'der
Fertigungshilfsstoff nur in Intervallen in die Bohrung eindringen, naemlich immer
dann, wenn die Bohrernut kurzzeitig die Bohrung an der Stelle freigibt, an der der
Hilfsstoffstrahl auftrifft, Um dem zu begegnen, wurde bereits vorgeschlagen, bei
mehreren stationaer um die Arbeitsspindel angeordneten Austrittsoeffnungen fuer
den Fertigungshilfsstoff durch Hilfsbefehle der Steuerung, wahlweise den Fertigungshilfsstoff
aus einer
der Öffnungen austreten zu lassen, Diese Einrichtungen
sind jedoch nur dann optimal wirksam, wenn keine wesentliche Änderung der Lage der
Bearbeitungsstelle erfolgt und insbesondere, wenn der Abstand zwischen Bearbeitungsstelle
und Spindelnase nicht gross ist und auch nur in gewissen Grenzen veraendert wird.
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Es wurde deshalb vorgeschlagen, (DE-OS 2 460 160) ein Zuleitungsrohr
fuer den Fertigungshilfsstoff durch einen Motor in Richtung der laengsverstellbaren
Arbeitsspindel entsprechend dem Abstand der Bearbeitungsstelle von der Spindelnase
zu verstellen und an seinem Ende mehrere Austrittsoeffnungen vorzugsweise an einem
schwenkbaren Revolverkopf anzuordnen.
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Jeweils eine dieser Austrittsoeffnungen wird mit der Zuleitung fuer
den Fertigungshilfsstoff verbunden und leitet denselben an die Eindringstelle des
Werkzeuges in das Werkstueck, Auch diese Loesung weist den Nachteil auf, dass nur
ein einziger FHS-Strahl an die Bearbeitungsstelle gebracht werden kann und daher
der Ausnutzungsgrad des Fertigungshilfsstoffes relativ gering ist. Ausserdem ist
die Richtung, aus der der PHS-Strahl auf das Werkzeug oder die Bearbeitungsstelle
auftriff¾ durch die Anordnung der Duesen am Revolverkopf festgelegt, so dass ohne
manuellen Eingriff, indem eine an einem flexiblen Rohr befestigte Duese verstellt
wird, keine den tatsaechlichen Erfordernissen entsprechende Einstellung des FHS-Strahlwinkels
moeglich ist. Der notwendige manuelle Eingriff verhindert jedoch den vollautomatischen
Betrieb der Maschine unter optimalen Bedingungen.
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Im Interesse der Unterstuetzung des Bearbeitungsvorganges hinsichtlich
der Kuehlung und Schmierung von Werkzeug und Werkstueck und der Abfuehrung von Spaenen
unmittelbar aus dem Bearbeitungsraum setzt sich die Erfindung das Ziel, - eine optimale
Nutzung des Fertigungshilfsstoffes auch bei mehrschneidigen Werkzeugen durch eine
gezielte Zuleitung desselben an den Bedarfsort zu erreichen,
- die
Verteilung des Fertigungshilfsstoffes auch ueber groessere Flachen zh Be Zuleitung
an die Schnittstelle sowie an bestimmte Stellen des Werkstueckes zu deren Kuehlung
oder ueber die gesamte freie Laenge laengerer Werkzeuge zu ermoeglichen - die Verstellung
der die Austrittsoeffnung fuer den Fertigungshilfsstoff tragenden Koerper z. B,
sogenannte Kugelduesen der Automatisierung und damit der Steuerung entsprechend
den Erfordernissen des Fertigungsprozesses zugaengig zu machen und - eine hohe Dichtungsstabilitaet
der die Austrittsoeffnung fuer den Fertigungshilfsstoff tragenden Koerper im Interesse
der FHS-Zufuhr unter hohem Druck zu sichern.
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D'e wesentli.chen technischen Ursachen fuer die Maengel der dargestellten
Loesungen sind bei den um die Arbeitsspindel angeordneten Duesenkoerpern die fehlende
Moeglichkeit der maschinellen Verstellung derselben und bei den maschinell verstellbaren
Zufuehrrohren, dass jeweils nur ein einziges Rohr als Zuleitung fuer den Fertigungshilfsstoff
an die Eindringstelle des Werkzeuges in das Werkstueck vorgesehen ist.
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Es ist daher Aufgabe der Erfindung§ eine Einrichtung zu schaffen,
die in Abhaengigkeit vom Fertigungsprozess, waehrend dessen Ablau£Se den aus einer
oder mehreren Austrittsoeffnungen stroemenden Fertigungshilfsstoff mittels eines
zentralen Antriebes auf die jeweils zu benetzende(n) Stelle(n) richtet.
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Der zentrale Antrieb soll sowohl manuell als auch mittels Eraftantrieb
bewegbar und einer automatischen Steuerung zugaengig seine Der gesamte Aufbau der
Einrichtung soll eine Veraenderung der jeweiligen Richtung des Fertigungshilfsstoff
strahls durch die bei der FHS-Zufuhr unter hohem Druck auftretenden Kraefte nicht
zulassen.
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Die erfindungsgemaesse Loesung geht von mehreren um die Arbeitsspindel
angeordneten Austrittsoeffnungen fuer den Fertigungshilfsstoff, die in dafuer vorgesehenen
Bauelementen wie z. B Duesenkoerper vorgesehen sind, aus.
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Erfindungsgemaess wird die Aufgabe dadurch geloest, dass mindestens
eines der eine solche Austrittsoeffnung tragenden Bauelemente das getriebene Element
eines Kurven-, Kurbel-oder Schraubengetriebes ist, dessen treibendes Element um
die Achse der Arbeitsspindel oder um eine zu dieser parallele oder in radialer Richtung
unter einem beliebigen Winkel zur Achse (9) angeordnete Achse manuell oder mittels
Kraftantrieb drehbar oder schwenkbar ist. Dabei ist das die Austrittsoeffnung tragende
Bauelement in Abhaengigkeit von den geometrischen Verhaeltnissen des Getriebes im
oder am Spindelstock in radialer Richtung zur Spindelachse verschiebbar, wobei die
radiale Bewegungsebene in einem beliebigen Abstand zur Drehmitte der Spindel angeordnet
sein kann, oder der Winkel zwischen der Achse des in die Austrittsoeffnung muendenden
Kanals und der Achse der Arbeitsspindel ist vardierbar.
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Im Falle der Ausfuehrung der erfindungsgemaessen Loesung als Kurvengetriebe
kann das treibende Element vorzugsweise als scheibenfoermiger Koerper ausgebildet
sein, der eine oder mehrere kurvenfoermige Ausnehmungen oder Erhebungen aufweist.
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Das die Austrittsoeffnung tragende Bauelement weist erfindungsgemaess
einen Ansatz auf, der in einem Abstand zur Schwenkachse des Bauelementes angeordnet
ist. Dieser Ansatz gleitet je nach Ausfuehrung des treibenden Elementes in der kurvenfoermigen
Ausnehmung oder auf den kurvenfoermigen Erhebungen desselben, Ist die erfindungsgemaesse
Loesung als Kurbelgetriebe ausgefuehrt, dann kann das treibende Element ebenfalls
als vorzugsweise scheibenfoermiger Koerper ausgebildet sein, der mit dem oder den
getriebenen Elementen mittels beweglich angelenkter Verbindungselemente verbunden
ist.
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In diesem Falle kann nach einem weiteren Merkmal der Erfindung jedes
getriebene Element Teil eines von separaten Parametern bestimmten Kurbelgetriebes
sein, indem beispielsweise die Anlenkpunkte der Verbindungselemente in unterschiedlichem
Abstand zur Schwenkachse des treibenden Elementes angeordnet sind oder die Laenge
der Verbindungselemente unterschiedlich ist, Ebenso kann bei Ausfuehrung der erfindungsgemaessen
Loesung als Kurvengetrlebe jede der kurvenfoermigen Ausnehmungen oder Erhebungen,
bezogen auf eine gemeinsame Basis, eine separate Neigung besitzen.
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Desgleichen kann ben Verwendung eines Schraubengetriebes jedes treibende
Element eine unterschiedliche Steigung aufweisen.
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Selbstverstaendlich koennen auch mehrere der die Bewegung der jeweils
getriebenen Elemente bestimmenden Kurven-, Kurbel-oder Schraubengetrlebe gleiche
geometrische Verhaeltnisse haben, wodurch die Bewegung dieser getriebenen Elemente
bei.
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einer Bewegung des treibenden Elementes uebereinstimmt.
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Des weiteren kann erfindungsgemaess die Achse des in die Austrittsoeffnung
muendenden Kanals der einzelnen getriebenen Elemente, in einer Grundstellung des
treibenden Elementes, entweder bei allen Elementen im gleichen Winkel zur Achse
der Arbeitsspindel angeordnet oder jedem der Elemente ein separater Winkel zugeordnet
sein.
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Gemaess der Erfindung kann eines bzw. koennen mehrere der treibenden
Elemente um eine zur Achse der Arbeitsspindel parallele Achse drehbar oder schwenkbar
sein. Im Falle der Ausfuehrung der Erfindung mit mehreren treibenden Elementen,
die jeweils auf einer zur Spindelachse parallelen Achse angeordnet sind, ist nach
einem weiteren Merkmal der Erfindung fuer alle treibenden Elemente ein gemeinsamer
Antrieb vorgesehen.
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Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass
entsprechend einer konkreten Fertigungsaufgabe oder nach den gemeinsamen Merkmalen
einer Gruppe von zu bearbeitenden Werkstuecken di.e die Bewegung des getriebenen
Elementes massgebend bestimmenden Parameter des Kurven-, Kurbel oder Schraubengetriebes,
wie z. B, die Form der kurvenfoermigen Ausnehmungen oder Erhebungen, gewaehlt sind
und das oder die treibenden Elemente Dm Kurven-, Kurbel oder Schraubengetriebe auswechselbar
angeordnet sind.
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Vorteilhaft wird die Erfindung auch insofern ausgestaltet, dass sich
der im getriebenen Element vorhandene in die Austrittsoeffnung des Fertigungshilfsstoffes
muendende Kanal auch durch den beispielsweise zur Fuehrung in den kurvenfoermigen
Ausnehmungen oder auf den kurvenfoermigen Erhebungen dienenden Ansatz erstreckt
und in ihn weitere Kanaele, welche in den Lagerabschnitten des getriebenen Elementes
angeordnet sind, muenden.
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Die Funktion der erfindungsgemaessen Einrichtung wird anhand des nachfolgenden
Ausfuehrungsbeispi els beschrieben.
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In der zugehoerigen Zeichnung zeigen: Fig. 1: mehrere um die Arbeitsspindel
einer Werkzeugmaschine angeordnete Duesenkoerper, welche die Austrittsoeffnung fuer
den Fertigungshilfsstoff tragen und ihr Zusammenwirken mit einem Kurvengetriebe
Fig. 2: einen Schnitt entlang der Linie A-A der Fig. 1 Fig. 3: einen Schnitt entlang
der Linie B-B der Fig. 1 Fig. 4: eine Duese als getriebenes Element eines Kurbelgew
triebes In oder an der Wandung des Gehaeuses 1 der die Arbeitsspindel 2 enthaltenden
Baugruppe, beispielsweise eines Fraesaggregates,
sind die Kugelduesen
3 mittels Lagerzapfen 4 gelagert Ein weiterer Zapfen 5 , der als Fuehrungszapfen
dient 9 ist an der der Austr.ttsoeffnunz 6 abgewandten Seite der Kugelduese 3 angeordnet
und gleitet in einer kurvenfoermigen Ausnehmung 7 der Scheibe 8. Diese Scheibe 8
ist konzentrisch zur Achse 9 der Arbeitsspindel 2 dreh- oder schwenkbar gelagert
und wird ueber bekannte Getriebeelemente 10s 11 von einem Motor 12 bewegte Zum Zwecke
der evtlO erwuenschten manuellen Verstellung der Scheibe 8 ist an derselben ein
Hebel 13 vorgesehen9 der durch das Gehaeuse 1 hindurch ragt und vom Bedienenden
der Maschine bewegt werden kann.
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Der Fertigungshilfsstoff wird den Kanaelen 14- 15; 16 der Kugelduesen
3 durch flexible Zuleitungen, beispielsweise Schlaeuche 17; 18 zugefuehrt9 wobei
die Schlasuche 17 an den Lagerzapfen 4 angeschlossen snd und die Verbindung zum
Kanal 16 der Kugelduese 3 durch den im Lagerzapfen 4 vorgesehenen Kanal 19 erfolgt.
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Der funktionelle Ablauf ist folgender: Nach der in den Figuren 1 bis
3 gezeichneten Stellung der Kugelduesen 3 wird der Fertigungshilfsstoffstrahl in
Richtung der Drehachse der Arbeitsspindel austreten und entsprechend seinem Druck
in einer bestimmten Entfernung auf das Werkzeug auftreffen. Infolge der Vorschubbewegung
wird der Abstand zwischen der Austrittsoeffnung der Kugelduesen und der Schnittstelle
bzr#0 Eindringstelle des Werkzeuges in das Werkstueck veraendert, Geht man vom Verfahren
Bohren aus, dann wuerde sich der Abstand zwischen Duese und Eindringstelle des Werkzeuges
infolge des Vorschubes verringern, Bliebe die Stellung der Duese mveraendertS, dann
wuerden die einzelnen Fertigungshilfsstoffstrahlen in einem Abstand vom Werkzeug
ringfoermig um dieses herum auf das Werkstueck auftreffen.
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Der Fertigungshilfsstoff soll aber unmittelbar an der Eindringstelle
sovJohl auf das Werkzeug als auch auf das Werkstueck auftreffen.
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Gemaess der b?rfindung erfolgt die notwendige Verstellung der Duesen
bei der dargestellten beispielsweisen Ausfuehrung durch
eine Drehung
der Scheibe 8. Dadurch werden auch die kurvenfoermigen Ausnehmungen 7 verschoben.
Der Abstand des in der kurvenfoermigen Ausnehmung gleitenden Zapfens q von der Drehachse
der Schei.be 8 aendert sich, die Kugelduese schwenkt um ihren Drehpunkt 20 und der
Fertigungshilfsstoffstrahl tritt unter einem Winkel zur Waagerechten aus der Duese
aus, Im Falle des gewaehlten Fertlgungsbeispieles mit dem Verfahren Bohren muesste
die Scheibe 8 gemaess der gezeichneten Lage der kurvenfoermigen Ausnehmungen 7 entgegen
dem Uhrzeigersinn gedreht werden, Die e Zapfen 5 werden in Richtung des Umfanges
der Scheibe 8, also radial nach aussen bewegt und damit schwenkt die Austrittsoeffnung
6 in Richtung Drehachse 9.
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Infolgedessen trifft der Fertigungshilfsstoffstrahl in einem geringeren
Abstand von der Austrittsoeffnung 6 auf das Werkstueck. Diese Verstellung kann stufenlos,
in Abhaengigkeit vom Arbeitsprozess durch den von der zentralen Maschinen steuerung
beaufschlagten Motor und die dargestellten oder andere Getriebelemente erfolgen.
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Gegebenenfalls kann diese Verstellung auch manuell durch Bewegen der
Scheibe 8 ueber den Hebel 13 erfolgen. Dies waere sinnvoll, wenn das Ausrichten
der Fertigungshilfsstoffstrahlen durch die Maschinensteuerung nicht notwendig ist,
z. B , wenn am Werkstueck keine Operationen erfolgen, mit denen eine Veraenderung
des Abstandes zwischen Austrittsoeffnung 6 und Werkstueck verbunden ist, In diesem
Falle wuerde der Bedienende waehrend des Einrichtens der Maschine manuell die Stellung
der Duesen festlegen. Infolge der Selbsthemmung des GetH.ebes bleibt diese Stellung
bis zur gewollten Veraenderung erhalten.
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Fig, 4 zeigt, wie auf erfindungsgemaess prinzipiell gleiche Weise
mittels eines Kurbelgetriebes der Duesenkoerper 3 bewegt wird. Das funktionsgemaess
der Scheibe 8 entsprechende Zahnrad 21 wird wie jene durch den von der zentralen
Maschinensteuerung beaufschlagten Motor direkt oder ueber Getriebeelemente angetrieben
und bewegt eine Kurbelscheibe 22, welche einen Kurbelzapfen 23 traegt, An diesem
angelenkt ist die Schubstange 24, welche beweglich mit einem Winkelhebel 25 verbunden
ist, der um die Achse 26 schwenkbar gelagert und fest mit dem Duesenkoerper 3 verbunden
ist.
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Bei einer Drehung des Zahnrades 21 wird ueber die Kurbelscheibe 22
und den Kurbelzapfen 23 die Schubstange 24 in Pfeilrichtung bewegt. Dadurch schwenkt
der Wtnkelhebel 25 um die Achse 26 und schwenkt den Duesenkoerper 3 in Pfeilrichtung
Die erfindungsgemaesse Loesung der Aufgabe gestattet sowohl das manuelle als auch
das automatisierte Ausrichten mehrerer Fertigungshilfsstoffstrahlen durch einen
zentralen Antrieb, Dadurch kann in Abhaengigkeit vom Arbeitsprogramm der Maschine,
entsprechend den Erfordernissen des Bearbeitungsprozesses, automatisch die Zufuehrung
des Fertigungshilfsstoffes an die Schnittstelle, die Eindringstelle des Werkzeuges
in das Werkstueck und an andere Stellen an Werkzeug, Werkstueck und an der Maschine
erfolgen. Der Fertigungsprozess wird dadurch optimal unterstuetzt und der Fertigungshilfsstoff
in hohem Grade ausgenutzt. Dadurch wird der sogenannte "mannarme" bzw.
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"mannlose" Betrieb einer Werkzeugmaschine auch insofern ermoeglicht.