DE3023185A1 - Werkzeugmaschine mit hohler hauptspindel und einer materialstab-vorschubeinrichtung - Google Patents

Description

Werkzeugmaschine mit hohler Hauptspindel und einer Materialstab-Vorschubeinrichtung

Die Erfindung betrifft generell Werkzeugmaschinen mit einer horizontalen, hohlen Hauptspindel, durch die ein Materialstab durch eine Vorschubeinrichtung vorgeschoben wird, welche koaxial am rückwärtigen Teil der Hauptspindel angeordnet ist _f und durch ein Hauptspindelfutter .erfaßt wird, das am vorderen Ende der Hauptspindel sitzt, damit es durch eine Vielzahl von Werkzeugen, die in einem Werkzeughalter sitzen, bearbeitet werden kann.

Die Erfindung betrifft insbesondere eine Vorrichtung zur intermittierenden Zuführung des Materialstabes für jeden Bearbeitung szyklus auf einer Werkzeugmaschine der zuvor genannten Art, wobei die Spindel ohne Halt kontnuierlich gedreht bleibt und der Materialstab ebenfalls einheitlich mit der Hauptspindel mitgedreht wird, unabhängig davon, welche Querschnittsform der Materialstab hat.

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Bisher waren bei einer Werkzeugmaschine der vorangehend genannten Art, bei der ein Materialstab für jeden Bearbeitungszyklus vom rückwärtigen Bereich der Hauptspindel in den Bearbeitungsbereich bzw. in die Bearbeitungszone schrittweise nacheinander vorgeschoben wird, die Greifteile des Vorschubfutters der Materialstab-Vorschubeinrichtung und der Hauptspindel so ausgebildet und geformt, daß sie die Außenfläche des Materialstabes erfassen können und dieser zusammen mit der Hauptspindel in Drehung versetzt wird. Zum erneuten Vorschub des Materialstabes um eine bestimmte Länge nach jedem Bearbeitungszyklus sind zwei Verfahren entwickelt worden. Bei dem ersten Verfahren wird die Drehung der Hauptspindel zeitweilig unterbrochen. Bei dem zweiten Verfahren wird die Drehung der Hauptspindel nicht unterbrochen.

Bei dem ersten Verfahren wird die Hauptspindel nach jedem Bearbeitungszyklus gebremst und stillgesetzt. Da sich dieses Stillsetzen mit sehr großer Häufigkeit wiederholt, ergeben sich verschiedene Schwierigkeiten. So überhitzt beispielsweise der Motor zum Antrieb der Hauptspindel oder es stellt sich ein Spiel zwischen Teilen der Hauptspindelanordnung ein, die fest zusammen gehalten werden sollten, wodurch die Genauigkeit der Hauptspindel schwerwiegend beeinträchtigt wird und das zu einer Betriebsunterbrechung oder einem fehlerhaften Betrieb führen kann.

Bei dem zweiten Verfahren ergeben sich Probleme insbesondere dann, wenn Stabmaterial einiger Länge bearbeitet werden soll, das Ausrichtarbeit erfordert oder wenn Stabmaterial einer größeren Länge bearbeitet werden soll, in dem der Vorschub in die Bearbeitungszone in zwei Zyklen geteilt werden soll, um dadurch ein gewisses Maß an Bearbeitungsgenauigkeit zu erreichen. Insbesondere während des Vorschubes eines Materialstabes wird dieser aus dem Futter der Hauptspindel durch einen Lösevorgang gelöst, aber in dem Intervall, in dem er dem Bearbeitungsbereich zugeführt wird, erfährt er durch eine Zentrifugalkraft eine Kopf-Schüttelbewegung der ersten Oberschwin-

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gungsart oder einer Oberschwingungsart einer höheren Ordnung. Diese Hin- und Herbewegung verursacht einen Verschleiß oder eine Beschädxgung der Greifteile des Hauptspindelfutters und übt außerdem auf die Hauptspindel eine sehr schädliche Wirkung aus. Wenn die Drehgeschwindigkeit der Hauptspindel hoch ist, wird auch die Gefährdung beträchtlich erhöht. Darüberhinaus begrenzt diese Hin- und Herbewegung in manchen Fällen den Vorschubvorgang des Werkzeugs neben dem Bearbeitungsbereich oder des Werkzeughalters oder des Kopfes.

Bei den bekannten Ausführungsformen haben sich noch weitere Probleme durch die Art der Drehung des Materialstabes ergeben, wenn dieser ohne Stillsetzen der Hauptspindel in die Bearbeitungszone vorgeschoben wird. In diesem Fall sind die Drehungen der Hauptspindel und des Materialstabes während des Vorschubes nicht aufeinander abgestimmt, wodurch der Materialstab hauptsächlich durch einen Reibkontakt mit der Innenwandfläche der Hauptspindel mitgedreht wird. Dies führt zu einem sehr starken Abrieb insbesondere zwischen dem Materialstab und den Futterelementen, die diesen greifen, wodurch die Futterelernente einem hohen Verschleiß und selbst Bruchbildungen ausgesetzt sind. Es besteht auch eine sehr starke Möglichkeit einer Beschädigung der Innenwandfläche der Hauptspindel.

Ein Ziel der vorliegenden Erfindung ist die Überwindung der zuvor erläuterten Probleme, die sich bei den bekannten Maschinen im Hinblick auf die Materialstab-Vorschubeinrichtungen der angegebenen Art ergeben.

Ein anderes Ziel der Erfindung ist die Beseitigung von Stillstandszeiten, um dadurch die gesamte Vorschubzeit beim Vorschubverfahren des Materialstabes in einer Einrichtung der angegebenen Art zu verringern.

Die Erfindung schafft, kurz zusammengefaßt, einerseits eine Werkzeugmaschine mit einer hohlen Hauptspindel, in der ein

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Hauptfutter vorgesehen ist, das den Materialstab festhält und mit einem Vorderende einer Bearbeitungszone entgegenhält, in der das vorn liegende Ende des Materialstabes intermittierend von dfer Rückseite her durch die Hauptspindel und das Hauptfutter für jeden Bearbeitungszyklus durch eine Stabvorschubeinrichtung vorgeschoben wird, die ein Vorschubfutter zum Erfassen des Materialstabes aufweist, das am rückwärtigen Ende der Hauptspindel angeordnet ist, wobei in der Bearbeitungszone ein ausgewähltes Werkzeug in Position gebracht ist, um die Bearbeitung des Materialstabes auszuführen, das auf einem auf Vorschubschlitten sitzender Werkzeug-Supportaufbau gehalten ist, wobei die Verbesserung einen Stabendhalter umfaßt, der das Vorderende des Materialstabes zu Beginn eines jeden intermittierenden Vorschubs erfaßt und hält, wodurch die Bewegung eines Vor schub Schlittens der Vorschubbewegung des Materialstabes entspricht und bei Fortsetzung der Festhaltung des Endes des Materialstabes dieses vollständig in die Bearbeitungsposition in der Bearbeitungszone ungeachtet der Rotation der Hauptspindel bringt, so daß der zyklische Stabvorschub und der Bearbeitungsvorgang kontinuierlich ohne Stillsetzung der Hauptspindel ausgeführt werden kann.

Andererseits ist erfindungsgemäß die zuvor erläuterte Werkzeugmaschine in dem Fall, in dem der Materialstab eine von einem Kreisquerschnitt abweichende Querschnittsfigur aufweist, mit Greifelementen des Vorschubfutters und des Hauptspindelfutters versehen, die für die Querschnittsform geeignete Gestaltungen haben und vor dem Betrieb in Winkelausrichtung gegenseitig angepaßt oder aufeinander abgestimmt sind, wobei der Materialstab während des Betriebs zusammen mit der Hauptspindel gedreht wird.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der in den Zeichnungen dargestellten bevorzugten Ausführungsformen. Es zeigen:

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Fig. 1 eine schaubildliche Darstellung einer kombinierten Werkzeugmaschine und Materialstabvorschubeinrichtung mit dem erfindungsgemäßen Stabendhalter,

Fig. 2A eine vergrößerte, längsgeschnittene Draufsicht einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Stabendhalters ,

Fig. 2B eine der Fig. 2A entsprechende Darstellung einer modifizierten Ausführungsform des Stabend halters,

Fig. 3 eine vereinfachte schematische Darstellung zur Erläuterung der Betriebsweise des Materialstabvorschubs bei einer Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 4 einen Längsschnitt der Hauptspindel und der Materialstab-Vorschubeinrichtung in teilweise weggeschnittener und verkürzter Darstellung, die eine Ausführungsform zeigt, welche der erfindungsgemäßen Materialstab-Vorschubeinrichtung angepaßt ist,

Fig. 5 einen Querschnitt entsprechend der Linie V-V in Fig. 4 in Richtung der Pfeile gesehen,

Fig. 6A und 6B Rückansichten des Vorschubfutters in der Materialstab-Vorschubeinrichtung, die auswechselbare Greifteile zum Erfassen eines hexagonalen Materialstabes und eines quadratischen Materialstabes bestimmt sind,

Fig. 7 eine Ansicht eines Ausführungsbeispiels eines Haltergliedes zum Halten des Materialstabes, das in Winkel- oder Phasenausrichtung mit dem Hauptspindelfutter und dem Vorschubfutter ausgerichtet ist,

Fig. 8 ein Flußdiagramm, das die Beziehungen zwischen den verschiedenen Arbeitsschritten der erfindungs-

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gemäßen Materialstab-Vorschubeinrichtung zeigt,

Fig. 9A und 9B Teildarstellungen elektrischer Schaltkreise der erfindungsgemäßen Materialstab-Vorschubeinrichtung,

Fig. 1o eine schematische Ansicht einer anderen Ausführungsform der Erfindung senkrecht zur Aschse der Hauptspindel,

Fig. 11 eine der Fig. 1o entsprechende Ansicht einer weiteren Ausführungsform der Erfindung und eines Fluid-Druck-Systems zur steuerbaren Betätigung verschiedener Mechanismen in der Materialstab-Vorschubeinrichtung, und

Fig. 12 eine längsgeschnittene Draufsicht einer weiteren Ausführungsform eines Stabendhalters.

Das erfingungsgemäße Materialstab-Vorschubsystem ist in einer Werkzeugmaschine verwendbar wie sie in Fig. 1 dargestellt ist. DiesaWerkzeugmaschine 1 besitzt ein Bett 2, einen auf dem Bett 2 festmontierten Spindelkasten 3, eine an dem Spindelv kasten 3 drehbar gehaltene horizontale Hauptspindel 4 und einen Werkzeugkopf 5, der auf einer Seite des Bearbeitungsbereiches angeordnet ist. Die Hauptspindel 4 ist hohl ausgebildet und an ihrem dem Bearbeitungsbereich zugewandten Ende koaxial mit einem Hauptspindelfutter 6 versehen, das , wie die Fig. 4 zeigt, Backen 6a mit Greifteilen 6b zum Erfassen der Außenfläche eines Materialstabes W hat, welcher durch die Hauptspindel 4 vom rückwärtigen Teil her eingeführt wird. Wie in der Fig. 4 dargestellt ist, ist ein rohrförmiges Betätigungsglied 7 mit seinem Vorderende mit dem rückwärtigen Ende der Backen 6a des Hauptspindelfutters 6 gekuppelt sowie verschiebbar und koaxial in der Hauptspindel 4 gehalten. Das Betätigungsglied 7 wird durch einen ersten Hydraulikzylinder 8 angetrieben, der koaxial auf dem rückwärtigen Ende der Hauptspindel 4 montiert ist und einen Kolben 8a aufweist,

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welcher an dem Betätigungsglied 7 befestigt ist. Wenn das Betätigungsglied 7 durch den Hydraulikzylinder 8 vorwärts gestoßen wird, bringt es die Futterbacken 6a gegen eine geneigte Fläche 6c, wodurch die Backen infolge der Keilwirkung dazu gebracht werden, den Materialstab W in an sich bekannter Weise festzuklemmen. Die zuvor beschriebenen Einrichtungen können mechanisch gesteuert werden.

Ein Werkzeugkopf 5 ist auf dem Bett 2 in einer Lage auf einer Seite des Futters 6 und des Bearbeitungsbereiches montiert, wie dies in den Fig. 1 und 3 gezeigt ist. Die Hauptteile dieses Werkzeugkopfes 5 sind: eine auf dem Bett 2 gehaltene Z-Achsen-Gleitschiene 9, die horizontal und parallel zu der Z-Achse verläuft, welche ihrerseits parallel zur Hauptspindel ist , ein Z-Achsen-Schlittenio, der auf der Z-Achsen-Gleitschine 9 angeordnet ist und dadurch die Vorschubbewegung in Richtung der Z-Achse erfährt; eine X-Achsen-Gleitschine 11, die auf dem Z-Achsen- Schlitten 1o montiert ist, um sich horizontal in der x-Achse zu bewegen, die senkrecht zur Z-Achse verläuft; einen X-Achsen-schlitten 12 der verschiebbar auf der X-Achsen-Gleitschienei1 montiert ist und dadurch die Vorschubbewegung in der X-Achsenrichtung erfährt; und einen Werkzeug-Supportzylinder 14, der auf dem X-Achsen-Schlitten 12 in einer Weise gehalten wird, die eine schrittweise Drehung um eine horizontale Achse erlaubt, die parallel zu der Z-Achse liegt. Der Werkzeugsupportzylinder 14 ist so ausgebildet, daß er eine Vielzahl von Werkzeugen 13 hält, die in Weiterschaltstellungen um seine Umfangsflache herum montiert sind. Durch eine Drehung des Werkzeug-Supportzylinders kann ein für einen speziellen Bearbeitungsvorgang ausgewähltes Werkzeug in seine Arbeitsstellung in dem Bearbeitungsberexch gebracht werden.

Zum Antrieb und zur Steuerung der jeweiligen Vorschubbewegungen des Z-Achsen- Schlitten 1o und des X-Achsen-Schlitten 12 sowie des Werkzeug-Supportzy-linders 14 in seine weiterschaltende Drehung kann durch alle geeigneten bekannten Mittel vorge-

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nommen werden. Erfindungsgemäß werden die beiden Schlitten 1o und 12 durch die Drehung von Vorschubschrauben 16a und 16b über Servomechanismen 15a und 15b auf der Basis numerischer Daten eines numerischen Steuersystems oder dgl. in bestimmte Positionen bewegt.

Ein Materialstab-Vorschubmechanismus 17 ist koaxial zu der Hauptspindel 4 an deren hinteren Ende angeordnet, wobei er einen Materialstab W erfaßt, der durch die Hauptspindel 4 hindurchgeführt ist und diesen dem Bearbeitungsbereich zuführt. Wie in Fig. 1 dargestellt ist, besitzt der Mechanismus 17 einen Vorschubschlitten oder Vorschubkopf 18, der verschiebbar auf einem Paar im Abstand voneinander angeordneter Führungsstangen 2o gehalten ist, die ihrerseits parallel zu der Hauptspindel 4 durch die Tragelemente 19 gehalten sind. Der Vorschubkopf 18, der auf diese Weise eine Gleitbewegung parallel zur Hauptspindel 4 in Vorwärts- und Rückwärtsrichtung ausführen kann, besitzt eine längsgerichtete Zentralbohrung mit kreisförmigem Querschnitt, die koaxial zu der Hauptspindel 4 verläuft.

Wie in Fig. 4 dargestellt ist, hält und umschließt der Vorschubkopf 18 in dieser Bohrung ein Paar Lager 22, die wiederum eine Lagerhülse 21 so drehbar aufnehmen, daß sie in Axialrichtung nicht verschiebbar ist. Ein Betätigungsrohr 23 ist in die Traghülse 21 eingesteckt und dort so gehalten, daß sie sich in Längsrichtung gegenüber der Traghülse 21 nicht verschieben kann, jedoch mit dieser gemeinsam mitdrehbar ist. An der Außenfläche des Betätigungsrohres bzw. an dessen vordem und hinteren Ende sind Anschlagkragen 24 und 25 befestigt. Die Traghülse 21 hat in einem Bereich zwischen dem Vorschubkopf 18 und dem Anschlagkragen 24 einen Flansch 21a, an dessen rückwärtiger Fläche ein Material-Vorschubfutter 26 durch Bolzen 27 koaxial befestigt ist, wie dies in der Fig. 6A dargestellt ist.

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Das Vorξchubfutter 26 hat eine zentrale Öffnung, wobei sich an seiner Rückseite mehrere Paare diametral gegenüberliegender Nuten 28 radial erstrecken. Das Vorschubfutter 26 hat in den Nuten 28 entsprechenden Teilbereichen Aussparungen, in denen jeweils ein Winkelhebel 29 schwenkbar gehalten ist. Ein Ende eines jeden Hebels 29 wirkt mit dem vorangehend erwähnten Anschlagkragen 24 zusammen, während das andere Ende des Hebels

29 mit einer Ausnehmung 3oa zusammenwirkt, die in einer von mehreren Backen 3o zusammenwirkt bzw. verschiebbar in eine der entsprechenden Nuten 28 eingreift. Ein Greifglied 31 ist an der Rückseite einer jeden Backe 3o durch Bolzen 32 und Muttern 33 befestigt, welche in einer T-förmigen Nut der Backe

30 angeordnet sind. Jedes Greifelement 31 hat einen Greifteil 31a zum Erfassen eines Materialstabes mit spezifischem Querschnitt wie einem in Fig. 6A gezeigten hexagonalen Querschnitt oder dem in Fig. 6B gezeigten quadratischen Querschnitt. Die Greifelemente 31 sind zur Anpassung an den Materialstab W auswechselbar ausgebildet.

Ein Hebel 34 mit oberen und unteren Gabelenden, der an einem Mittelteil durch einen Bolzen 34a schwenkbar an dem Vorschubkopf 18 gehalten ist, hält mit seinem oberen Gabelende ein Paar Rollen 35 drehbar, die mit dem Anschlagkragen 25 in der in Fig. 5 dargestellten Weise zusammenwirken. Das untere Gabelende dieses Hebels 34 ist bei 34b durch einen Bolzen mit dem äußeren Ende einer Kolbenstange 38 verbunden, die ihrerseits an einem Kolben 37a eines hydraulischen Zylinders 37 festsitzt, der bei 3 7b durch einen Bolzen mit einem Träger 36 verbunden ist, welcher an dem Vorschubkopf 18 befestigt ist. Ein weiterer hydraulischer Zylinder 39, der integral mit dem Vorschubkopf 18 vereinigt ist, ist mit einer Kolbenstange 4o versehen, welche parallel zur Hauptspindel 4 verläuft und an einem Kolben 3 9a in dem Zylinder 39 befestigt ist. Die Enden der Kolbenstange 4o erstrecken sich über die Enden ■ des Zylinders hinaus und sind an den vorderen und hinteren Stützen 19 befestigt, wie dies in Fig. 3 dargestellt ist. Durch die Einführung eines Fluiddrucks in den Hydraulikzylinder 39

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auf einer der beiden Seiten des Kolbens 39a der Kolbenstange erfaährt der Vorschubkopf 18 eine Bewegung zum Vorschub des Mate.rialstabes.

Eine Mitnehmertragplatte 42 (Fig. 3), die an dem Träger 36 befestigt ist, hält Mitenhemer 41, während ein Grenzschalter LS-1, der mit den Mitnehmern 41 in einer noch zu beschreibenden Weise zusammenwirkt, an den rückwärtigen Stützen 19 angebracht ist. Eine Mitnehmertragplatte 45, die an dem zuvor beschriebenen Hebel 34 befestigt ist, hält Mitnehmer 44, während ein Grenzschalter LS-2, der mit den Mitnehmern 44 in noch zu beschreibender Weise zusammenwirkt, an dem Hydraulikzylinder 3 7 montiert ist.

Der Greifvorgang der Backen 3o des Materialstab-Vorschubmechanismus 17 wird.durch die Betätigung mit den Hydraulikzylindern 37 erzeugt. Die Vorwärts- oder Rückwärtsbewegung der Kolbenstange 3 8 schwenkt den Hebel 34, wodurch das Betätigungsrohr 23 sich vorwärts oder rückwärts bewegt und dadurch wiederum die Winkelhebel· 29 schwenkt, die ihrerseits dadurch eine Freigabe oder eine Festiegung des Materialstabes bewirken.

Wie die Figuren 1 bis 4 zeigen, ist ein Stabendhalter 47 mit einem Kopf 47b und einer damit integral und koaxial ausgebildeten Stabendhalterwelle 5o drehbar durch Lager 48 in einem Basisträgeraufbau 51 gehalten, der wiederum auf dem Schneidwerkzeug-Tragzylinder 14 gehalten ist. Die Funktion dieses Stabendhalters 47, der in der beschriebenen Weise koaxial· zu der Achse der Hauptspindel· 4 verläuft, ist eine von der Greifwirkung des Vorschubspindei-Futters 6 unabhängige Halterung des in dem Bearbeitungsbereich positionierten vorderen Endes des Materialstabes W im Zeitpunkt seines Vorschubs, um diesen Materiaistab durch die Vorschubbewegung in der Z-Achsen-Richtung des Werkzeugkopfes entsprechend der Vorschubbewegung des Materialstabes in den Bearbeitungsbereich zu bringen.

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Der Kopf 47b des Stabendhalters 47 hat an seinem rückwärtigen Ende eine konische Fläche 47a, die koaxial dazu ausgebildet ist, um das vordere Ende des Materialstabes W in dem Bearbeitungsbereich zu erfassen und zu halten- Diese konische Fläche 47a ist für einen massiven Materialstab, wie in Fig. 2A dargestellt konkav ausgebildet, und für einen rohrförmigen Stab, wie in Fig. 2B dargestellt, konvex ausgebildet. Außerdem ist im Hinblick auf die Neigung zu einer Verzögerung beim Betrieb eines druckmittelbetätigten bzw. hydraulischen Steuersystems bezüglich der Steuerbefehle eines numerischen Steuersytems oder dgl. gegenüber der Vorschubbewegung des Werkzeugkopfes 5 eine Schraubendruckfeder 49 um die Stabendhaltewelle 5o angeordnet und zwischen den Kopf 47b und den Basistragaufbau 51 eingefügt. Beim Anlegen des Kopfes 47b an die vordere Spit ze des Metallstabes wird der Kopf 47b gegen den Metallstab W gedrückt, wodurch die Feder 49 ebenfalls zusammengedrückt wird. Auf diese Weise wird eine Trennung der vorderen Spitze des Materialstabes von der konischen Fläche 47a des Stabendhalters 47 während der Vorschubbewegung des Werkzeugkopfes verhindert.

An dem rückwärtigen Teil des Materialstab-Vorschubmechanismus 17 ist ein Stabvorschubrohr 52 in der Stabvorsctmbbahn angeordnet und koaxial mit der Hauptspindel 4 ausgerichtet. Die Funktion dieses Stabvorschubrohres besteht in der Halterung des Materialstabes W und der Aufnahme von Vibrationen des rotierenden Materialstabes.

Der Materialstab W wird darüberhinaus an dem Vorderende des Materialstab-Vorschubmechanismus 17 bzw. dem rückwärtigen Ende des ersten Hydraulikzylinders 8 durch Halteglieder 53a und 53b gehalten, die jeweils eine öffnung mit durch eine Haltefläche beschränkter Form aufweisen, welche der Querschnittsform des Materialstabes angepaßt ist, derart, daß die Oberfläche 54 des Haltegliedes 53b entsprechend der Darstellung in Fig. 7 für einen Materialstab mit hexagonalem Querschnitt geeignet ist. Die geometrischen Figuren dieser Halteflächen sind winkelförmig fluchtend orientiert bzw. ab-

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gestimmt wie diejenigen, die von den Greifteilen 31a bzw. 6b des Vorschubfutters 26 und des Hauptspindelfutters 6. Diese Halteglieder 53b und 53a, die lösbar an dem Vorderende des Anschlagkragens 25 bzw. an dem rückwärtigen Ende des ersten Hydraulikzylinders 8 befestigt sind, können dadurch zur Anpassung an den Querschnitt des zu bearbeitetenden Materialstabes leicht ausgetauscht werden.

Die Materialstab-Vorschubeinrichtung mit dem vorangehend beschriebenen, erfindungsgemäßen Aufbau wird in der folgenden Weise gerüstet und betrieben.

Zur Vorbereitung des Maschinenbetriebes wird zunächst der ausgewählte Materialstab W von Hand oder automatisch in die Materialstab-Vorschubbahn befördert und dann winkelausgerichtet bzw. im Winkel abgestimmt, so daß die Querschnittsform mit der durch die Greifteile 31a und 6b des Vorschubfutters 26 bzw. des Hauptspindelfutters 6 gebildeten Querschnittsform fluchtet. Diese Ausrichtung bzw. Abstimmung wird durch die zuvor beschriebenen Halteglieder 53a und 53b erleichtert, die vor oder während des Auswechselns des Materialstabes in der Vorrichtung ausgewählt und lagegerecht montiert werden. Das Vorschubfutter 26, das von dem Vorschubkopf 18 drehbar gehalten ist, rotiert dabei gemeinsam mit der Hauptspindel 4, wenn diese gedreht wird. Die Hauptspindel 4 rotiert auf diese Weise kontinuierlich, ohne während des beschriebenen automatischen Materialstab-Vorschubvorganges anzuhalten. Außerdem rotieren die Hauptspindel 4 und das Vorschubfutter 26 während dieses Vorgangs gemeinsam.

Wenn ein Zyklus des Bearbeitungsverfahrens der Werkzeugmaschine abhängig von Steuerbefehlen eines numerischen Steuerprogramms abgeschlossen ist, wird der folgende Arbeitsvorgang entsprechend Steuerbefehlen einer numerischen Steuerung oder dgl. ausgeführt. Der Z-Achsen-Schlitten und der X-Achsen-Schlitten 12 werden in einer Vorschubbewegung angetrieben, während der Schneidwerkzeug-Haltezylinder 14 in seiner inter-

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mittierenden Drehung angetrieben wird, um den Stabendhalter 47 in koaxiale Ausrichtung mit der Achse der Hauptspindel 4 im Bearbeitungsbereich zu bringen, in dem das zuvor abgeschnittene vordere Ende des Materialstabes W positioniert ist. Der Stabendhalter 47 wird dann in koaxialer Anlage an das vordere Ende des Materialstabes W gedrückt.

Abhängig von einem numerischen Steuerbefehl wird ein Signal zum Lösen des Hauptspindelfutters 6 erzeugt, um den Kontakt C1 , wie Fig. 9 zeigt, zu schließen und ein Relais CR2 zu aktivieren, wodurch ein Kontaktpunkt CR2P1 des Relais CR2 geschlossen und über die Kontakte CRAP1 und CR6P2 ein Relais CRCH2 zum Ansprechen gebracht wird, wodurch über einen Kontaktpunkt CRCH2P2 ein Relais CRCH1 aktiviert wird. Durch das Anziehen des Relais CRCH1 wird sein Kontaktpunkt CRCH1P geschlossen und ein Solenoid SOL-1 über den Kontaktpunkt CRCH1P erregt und so ein erstes, in Fig. 3 dargestelltes Umschaltventil 55 in Betrieb gesetzt, um eine Rückwärtsbewegung des Kolbens 8a des ersten Hydraulikzylinders 8 herbeizuführen, wodurch das Hauptspindelfutter 6 gelöst wird, so daß der Materialstab W aus der Festhaltung freikommt und in einen Zustand gelangt, in der sein vorderes Ende von dem Stabendhalter 47 gehalten wird. Gleichzeitig mit dem zuvor erläuterten Ansprechen des Relais CRCH1 wird ein Zeitschalter TR1 betätigt, dessen Kontaktpunkt TR1P1 nach Ablauf der eingestellten Zeit schließt. Daraufhin wird abhängig von einem numerischen Steuerbefehl ein Kontakt C2 zur Aktivierung eines Relais CR3 geschlossen, woraufhin dessen Kontaktpunkt CR3P1 schließt, so daß wiederum ein Relais CR4 über den Kontaktpunkt CR3P1 und einen Kontaktpunkt CRAP2 erregt wird, welcher durch die Aktivierung eines Relais CRA für den automatischen Betrieb geschlossen wird. Daraus folgt über den Kontaktpunkt CR4P1 die Erregung eines in Fig. 3 dargestellten Solenoids SOL2 zum Betrieb eines zweiten Umschaltventils 56, das einen Vorschub des zweiten Hydraulikzylinders 39 bewirkt. Dadurch wird der Vorschubkopf 18 und das Vorschubfutter 26, das an dem Vorschubkopf 18 montiert ist und sich in den Zustand des Erfassens

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des Materialstabes W befindet, ebenfalls vorgeschoben. Es versteht sich, daß bei Nichterregung eines Solenoids SOL3 das Vorschubfutter 26 den Materialstab W festhält. Gleichzeitig bewegt sich abhängig von einem numerischen Steuerbefehl der Z-Achsen-Schlitten 1o über die Einheit der Vorschubentfernung des Materialstabes W entsprechend der Vorschubbewegung des Vorschubkopfes 18 vorwärts.

Wenn der Vorschubkopf 18 durch Berührung eines einstellbaren Anschlags 57 angehalten wird, der an dem vorderen Halteraufbau 19 angebracht ist und die genannte Vorschubentfernungseinheit bzw. Vorschubhubeinheit des Materialstabes bestimmt, und der Mitnehmer 41 des Vorschubkopfes 18 auf einen Grenzschalter LS-3 (Fig. 9) am Ende des Vorwärtsvorschubhubes auftrifft, wird ein Relais CR5 und über dessen Kontaktpunkc 2P.5P] ein Zeitgeber TR2 in Betrieb gesetzt. Ein anderer Kontaktpunkt CR5P2 wird ebenfalls geschlossen. Am Ende des Schaltzeitraums des Zeitgebers wird ein Zeitgeberkontaktpunkt TR2F geschlossen, wodurch ein Relais CR6 anspricht, das sich durch einen geschlossenen Kontaktpunkt CR6P1 selbst hält. Wenn der Vorschubkopf 18 das vordere Ende seines Vorschubhubes erreicht, wird über den geschlossenen Kontaktpunkt CR5P2 ein Unterbrechungssignal an die numerische Steuerung gegeben, wodurch der Z-Achsen-Schlitten 1o vorübergehend stoppt.

Durch das Ansprechen des Relais CR6 öffnet dessen normalerweise geschlossener Kontaktpunkt CR6P2, wodurch das Relais CRCH2 entregt wird, so daß dessen Kontakpunkt CRCH2P2 öffnet und auf diese Weise auch das Relais CRCH1 entregt wird. Infolgedessen werden auch der Zeitgeber TR1 und das Solenoid SOL-1 abgeschaltet, wodurch das erste Umschaltventil 55 so geschältet wird, daß der Kolben 8a des ersten Hydraulikzylinders 8 vorwärts bewegt wird und das Hauptspindelfutter 6 dadurch erneut den Materialstab W erfaßt. Diese Bewegung des Kolbens 8a des ersten Umschaltzylinders 8 führt zu einem Andrücken des Mitnehmers 58 gegen einen Grenzschalter LS-4 (Fig. 3 und. 9 5 zur Aufrechterhaltung des Zusammenzuges des

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Hauptspindelfutters 6. Dadurch spricht ein Relais CR7 an, so daß über den Kontaktpunkt CR7P ein Solenoid SOL-3 erregt wird, '.τ eir drittes Umschaltventil 59 zu betätigen, durch dessen Ansprechen der Kolben 37a und die Kolbenstange 38 des dritten Hydraulikzylinders 37 vorgeschoben wird und das Vorschubfutter 26 sich von dem Materialstab W löst, der dadurch freigegeben wird.

Der zuvor erläuterte Betrieb des dritten Hydraulikzylinders 37 des Vorschubkopfes 18 bewirkt, daß der Mitnehmer 44 den Grenzschalter LS-2 (Fig. 3 und 9) zur Aufrechterhaltung der Lösestellung des Vorschubfutters 26 öffnet, woraufhin das Relais CR4 entregt, dadurch der Kontaktpunkt CR4P1 geöffnet und so das Solenoid SOL-2 entregt wird. Hierdurch wird das zweite Umschaltventil 56 umgeschaltet, so daß der zweite Hydraulikzylinder 39 zurückfährt und so den Vorschubkopf 18 in die Ausgangsstellung zurückfährt.

Wenn der Vorschubkopf 18 auf diese Weise in die ursprüngliche Stabvorschubposition zurückkehrt, öffnet der Mitnehmer 41 den Grenzschalter LS-1 (Fig. 3 und 9), wodurch das Relais CR6 entregt und der Selbsthaltungszustand des Zeitgebers TR2 über den Punkt CR6P1 beendet wird. Andererseits werden auch die Relais CR5 und CR7 entregt, wodurch das Solenoid SOL-3 entregt wird und ein drittes Umschaltventil 59 außer Betrieb gesetzt wird. Dadurch wird die Kolbenstange 38 des dritten Hydraulikzylinders 37 zurückgezogen, so daß das Vorschubfutter 26 angezogen und der Materialstab W davon erfaßt wird.

Zu diesem Zeitpunkt arbeitet infolge der Freigabe durch das Unterbrechungssignal der numerischen Steuerung der Z-Achsen-Schlitten 1o erneut entsprechend einem Steuerbefehl der numerischen Steuerung, um das vordere Ende des Materialstabes W abzuziehen, wodurch der Stabendhalter 47 aus der Funktion der Halterung des Materialstabendes gelöst wird. Als Ergebnis der Vorschubbewegungen des Z-Achsen-Schlittens 1o und des X-Achsen-Schlittens 12 sowie der Schaltdrehung des

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Schneidwerkzeug-Haltezylinders 14 wird ein dem spezifischen Bearbeitungsverfahren entsprechendes Werkzeug 13 ausgewählt und in die Bearbeitungszone vorgeschoben,wodurch eine Serie oder ein Zyklus von Arbeitsschritten ausgeführt wird.

Durch eine Wiederholung des zuvor beschriebenen Zyklus des Materialstabvorschubs, wie er in Fig. 8 dargestellt ist, wird die Bearbeitung solange ausgeführt, bis der Materialstab W verbraucht ist. Wenn man darüberhinaus die Möglichkeit von Unfällen oder unvorhergesehenen Störungen während des Vorschubs des Materialstabs in Rechnung stellt, wird ein Sicherheitskreis in die Vorrichtung eingeschaltet und durch Drücken eines Knopfes aktiviert, um eine Rückführung des erfaßten Materialstabes in die Ausgangslage herbeizuführen.

Die zuvor beschriebene Arbeitsweise der erfindungsgemäßen Materialstab-Vorschubvorrichtung in Verbindung mit der Werkzeugmaschine ist bildlich in dem in Fig. 8 dargestellten Arbeitsflußdiagramm dargestellt.

Wie zuvor schon erläutert wurde, unterbricht die Hauptspindel 4 beim Vorschub des Materialstabes im erfindungsgemäßen System ihre Rotation nicht, so daß der vom Vorschubfutter 26 des Vorschubkopfes 18 erfaßte Materialstab W gemeinsam mit der Hauptspindel 4 rotiert. Zugleich wird das vordere Ende des Materialstabes W durch den Stabendhalter 47 gehalten, so daß der Materialstab durch die Vorschubbewegungen der Schlitten 1o und 12 entsprechend der Vorschubbewegung des Materialstabes in die Bearbeitungszone gebracht wird. Hierdurch wird das Problem der Wärmeerzeugung, das beim Anhalten der Hauptspindel 4 auftritt, und das Problem der Schüttelbewegung des Kopfes des Stabes beseitigt und eine Leerlaufzeit vermieden.

Weitere Ausführungsformen der Erfindung werden nun nachfolgend unter Bezugnahme auf die Figuren 1o und 11 erläutert, in denen diejenigen Teile, die Teilen in den Figuren 1 bis 6B entsprechen, mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet

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sind. Diese Teile werden dabei im einzelnen nicht nochmals erläutert. Bei diesen Ausführungsbeispielen der Materialstab-Vorschubeinrichtung ergeben sich gegenüber der vorangehend erläuterten Ausführungsform die folgenden Unterschiede. Während der Schneidwerkzeug-Haltezylinder 14 bei der ersten Ausführungsform auf der Vorderseite (rechte Seite in den Figuren 1 und 2) des Werkzeugkopfes angeordnet ist, liegt er bei den in den Fig. 1o und 11 dargestellten Ausführungsformen auf der Rückseite. Ein anderer Unterschied besteht darin, daß der Keilvorgang des Hauptspindelfutters 6 bei diesen letzten beiden Ausführungsformen in der entgegengestezten Richtung erfolgt wie bei der ersten Ausführungsform.

Bei der in Fig. 1o dargstellten Ausführungsform hält der Materialstab-Vorschubmechanismus 17A das rückwärtige Ende des MaterialStabes W mit Kreisquerschnitt und schiebt diesen vorwärts . Der Mechanismus 17A umfaßt im wesentlichen dabei eine Schubstange 64 zum Angriff an dem rückwärtigen Ende des Materialstabes W, ein an einem Ende der Schubstange 64 befestigtes Seil 62, ein Gewicht 63, an dem das andere Ende des Seiles 62 befestigt ist, und Seilscheiben 61 zur geeigneten Führung der Seile 62 und zur Umkehrung ihrer Richtung. Die spezifische Vorschublänge des Materialstabes W bei jedem Bearbeitungszyklus wird dabei durch einen Stabanschlag (nicht dargestellt) bestimmt, der in der Bearbeitungszone angeordnet ist.

Bei der in Fig. 11 dargestellten Ausführungsform wird ein Vorschubkopf bzw. eine Stabvorschub-Greifeinrichtung 18 (rotierende Vorschubrollen oder Vorschubklauen) usw., die in der Vorschubbahn des Materialsstabes angeordnet sind, durch " eine mechanische oder druckmittelbetätigte Einrichtung zum Erfassen und Vorschieben des Materialstabes W betätigt.

Bei der in der Fig. 1o dargestellten Ausführungsform wird das vordere Ende des in der Bearbeitungszone positionierten

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Materialstabes W von einem Stabendhalter 47A unabhängig von dem Greifvorgang des Futters 6 der Hauptspindel 4 erfaßt und gehalten. Durch die Vorschubbewegung in Richtung der Z-Achse des Schlittens 1o entsprechend der Vorschubbewegung des Materialstabes W bringt dieser Stabendhalter 47A den Materialstab stetig präzis in eine Bearbeitungsposition in der Bearbeitungszone. Wie die Fig. 12 zeigt, wird dieser Stabendhalter 47 A durch Lager 48 in einem Basisträger 51 drehbar gehalten, welcher wiederum von dem Schneidwerkzeug-Haltezylinder 14 entsprechend wie bei der vorher beschriebenen Ausführungsform getragen wird. Der Stabendhalter 47A hat eine konische Fläche 47a mit einem geeigneten Randdurchmesser, der vordere Spitze des Materialstabes W erfaßt. Diese konische Fläche 47a wird zum Erfassen eines massiven runden Material Stabes konkav und zum Erfassen eines rohrförmigen Materialstabes konvex ausgebildet.

Der Vorschubvorgang des Materialstabes W bei Verwendung dieses Stabendhalters 4 7A in Verbindung mit dem in Fig. 1o dargestellten Vorschubmechanismus soll nunmehr erläutert werden. Nach Abschluß eines Bearbeitungszyklus der Werkzeugmaschine werden der Z-Achsen-Schlitten 1o bzw. der X-Achsen-Schlitten 12 in Vorschubrichtung bewegt, während der Schneidwerkzeug-Haltezylinder 14 abhängig von einem Steuerbefehl eines numerischen Steuersystems oder dgl. schrittweise weitergedreht wird, wodurch der Stabendhalter 47A in eine Position gebracht wird, in der er die vordere Spitze des Materialstabes W berührt, die koaxial mit der Hauptspindel-Mittellinie im Bearbeitungsbereich in der Nähe des Futters 8 der Hauptspindel 4 fluchtet. Das Futter 6 öffnet sich daraufhin, wodurch der Materials-tab W aus der Halterung des Futters und der Drehung der Spindel gelöst wird, wobei jedoch das Seil 62 durch das Gewicht sofort angezogen wird und die Schubstange 64 gegen das rückwärtige Ende des Materialstabes drückt und diesen vorschiebt.

Während diese Vorganges rotiert die Hauptspindel 4 unabhängig

von dem Vorschubbetrieb des Materialstabes weiter. Infolge der Schubwirkung der Schubstange 64 wird die vordere Spitze des Materialstabes gegen die konkave konische Fläche 74a des Stabendhalters 47A gedrückt, woraufhin der Z-Achsen-Schlitten 1o sich in Richtung des Z-Achsen-Vorschubs über eine spezifische Stabvorschubstrecke zu bewegen beginnt. Durch den Beginn dieser Vorschubbewegung wird der Materialstab W über eine spezifische Strecke in die Bearbeitungszone entsprechend der Schubbewegung der Schubstange 64 und der Vorschubbewegung des Z-Achsen-Schlittens bewegt, während es in koaxialer Ausrichtung mit der Hauptspindelmittellinie gehalten wird. Der vorangehend beschriebene Vorgang wird nacheinander für jeden Bearbeitungszyklus wiederholt, bis der Materialstab vollständig verbraucht ist.

Der zuvor unter Bezugnahme auf die Fig. 2 beschriebene Stabendhalter 47 ist zum Gebrauch in Verbindung mit dem Vorschubmechanismus der vorangehend beschriebenen ersten Ausführungsform der Erfindung und mit dem in Fig. 11 dargestellten Vorschubmechanismus geeignet. Der in Fig. 11 dargestellte Materialstab-Vorschubmechanismus hat ein Vorschubfutter 26, das im Prinzip in der Wirkung dem Hauptspindelfutter 6 entspricht, jedoch verschieden von dem des Vorschubmechanismus der ersten Ausführungsform der Erfindung ist. Im Endergebnis jedoch sind die Arbeitsweisen der beiden Vorschubmechanismen ähnlich. Der in Fig. 11 dargestellte Vorschubmechanismus wird auch durch ein Druckmittelsystem betätigt, welches in Verbindung mit dem Z-Achsen-Schlitten und dem X-Achsen-Schlitten 12 sowie mit dem Schneidwerkzeug-Haltezylinder 14 durch ein numerisches Steuersystem gesteuert wird, welches einen elektrischen Schaltkreis, wie er im Zusammenhang mit der Fig. 9 beschrieben worden ist, umfaßt.

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Claims (6)

1. Ansprüche :

   Werkzeugmaschine mit einer hohlen Hauptspindel, in der ein Hauptfutter angeordnet ist, das einen Materialstab erfaßt und ein Vorderende dieses Materialstabes einer Bearbeitungszone entgegenhält,der der vorn liegende Endteil des Materialstabes durch die Hauptspindel und das Hauptfutter für jeden Bearbeitungszyklus intermittierend durch eine Materialstab-Vorschubeinrichtung zugeführt wird, die ein Vorschubfutter zum Erfassen des Materialstabes hat und auf der Rückseite der Hauptspindel angeordnet ist, wobei in der Bearbeitungszone ein Werkzeug in eine Bearbeitungsposition gebracht wird, das an einem auf Vorschubschlitten sitzenden Werkzeughalteraufbau montiert ist, gekennzeich net durch einen Stabendhalter (47,47A),der das Vorder-

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   ende des Materialstabes (W) durch die Bewegung eines Vorschubschlittens (12) entsprechend der Vorschubbewegung des Materialstabes (W) zu Beginn eines jeden intermittierenden Vorschubs erfaßt und hält,das Materialstabende dann bei fortgesetzter Festhaltung ohne Beeinflussung der Rotation der Hauptspindel (4) vollständig in die Bearbeitungsposition in der Bearbeitungszone bringt, wobei der zyklische Stabvorschub und der Bearbeitungsvorgang ohne Stillsetzung der Hauptspindel kontinuierlich ausgeführt wird.
2. 2. Werkzeugmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Stabendhalter (47,47A) so an dem Werkzeughalteraufbau (14) angebracht ist, daß er sich frei um die Mittellinienachse der Hauptspindel (4) drehen kann.
3. 3. Werkzeugmaschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß die Fläche (47A) des Stabendhalters (47), der das Ende des Materialstabs (W) berührt, eine konkav konische Fläche ist, deren Abmessungen für eine wirksame Halterung den Abmessungen des Materialstabendes entsprechen.
4. 4. Werkzeugmaschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß die Fläche (47A) des Stabendhalters (47) die dem Ende des Materialstabes (W) anliegt, bei hohl ausgebildetem Materialstab eine konvex konische Fläche ist, deren Abmessungen für eine effektive Halterung den Abmessungen des Materialstabes angepaßt sind.
5. 5. Werkzeugmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß für eine von der Kreisform abweichende Querschnittsform des Materialstabes (W) die Greifteile des Vorschubfutters (26) und des Hauptfutters (6) eine für die entsprechende Querschnittsform geeignete Gestalt haben und vor dem Arbeitsgang gegenseitig

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   in der Winkelausrichtung abgestimmt bzw. angepaßt sind, so daß der Materialstab (W) während des Betriebs zusammen mit der Hauptspindel (4) gedreht wird.
6. 6. Werkzeugmaschine nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet , daß Halteglieder (53A,53B) mit zentralen Aussparungen, deren Form der Querschnittsform des Materialstabes (W) zur Anlage an die Materialstabaußenfläche angepaßt ist, jeweils mit einem Teil der Hauptspindel (4) und mit einem Teil eines rotierenden Elementes der Materialstab-Vorschubeinrichtung (17) lösbar verbunden oder mit der Hauptspindel (4) und dem rotierenden Bauteil der Materialstab-Vorschubeinrichtung (17) integral vereinigt sind, um dadurch den hindurchgeführten Materialstab zu halten.

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