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B e s c h r e i b u n g
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Verfahren und Vorrichtung zum automatischen Verstellen eines Drehwerkzeuges
mit Schneidenträger Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum automatischen Verstellen
eines Drehwerkzeuges mit Schneidenträger an der Arbeitsspindel einer Bearbeitungsmaschine,
bei welcher ein der Aufnahme eines zu bearbeitenden Werkstücks dienender Maschinentisch
und die Arbeitsspindel in einem ersten numerisch gesteuerten Frei heitsgrad in Richtung
der Drehachse der Arbeits spindel relativ zueinander translatorisch verstellbar
sind, und die Arbeitsspindel in einem zweitens ebenfalls numerisch gesteuerten Freiheitsgrad
um ihre Drehachse rotatorisch orientierbar ist Ferner bezieht sich die Erfindung
auf Vorrichtungen zur Durchführung eines solchen Verfahrens.
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Es sind Drehwerkzeuge bekannt beispielsweise Aus bohrwerkzéuge, die
an der Arbeitsspindel einer Bearbeitungsinaschine befestigt werden und einen Schneidentrager
enthalten, an dem seinerseits 1
an dem zu bearbeitenden, auf einem
Maschinentisch gehaltenen Werkstück angreifende Schneide, beispielsweise zum Ausdrehen
einer Bohrung, angeordnet ist.
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Da sich die Schneide im Verlauf der Bearbeitung abnutzt, kann ein
vorgegebener Durchmesser einer herzustellenden Bohrung nicht gleichmåßig eingehalten
werden. Es ist daher im Verlauf der Zeit eine Verstellung des Schneidenträgers im
Drehwerkzeug erforderlich, um dem Verschleiß der Schneide Rechnung zu tragen und
um ein Werkstück innerhalb enger Toleranzen bearbeiten zu können.
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Darüber hinaus ist es häufig erforderlich, beispielsweise bei der
Herstellung von Stufenbohrungen, nacheinander den Schneidenträger in verschiedenen
Positionen einzustellen.
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Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren und Vorrichtungen anzugeben,
mit deren Hilfe eine solche Verstellung des Schneidenträgers im Werkzeugkörper des
Drehwerkzeuges automatisch und präzise ausgeführt werden kann.
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Die Aufgabe wird durch die Erfindung bei einem gattungsgemäßen Verfahren
dadurch gelöst, daß man einen der Freiheitsgrade der numerisch gesteuerten Bearbeitungsmaschine
zum Lösen und Klemmen des Schneidenträgers am Werkzeugkörper des Drehwerkzeuges
und den jeweils anderen Freiheitsgrad zum Verstellen des Schneidenträgers am Werkzeugkörper
benutzt.
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Erfindungsgemäße Vorrichtungen zur Durchführung eines solchen Verfahrens
sind Gegenstand der Unteransprüche 2 bis 6.
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Die nachstehende Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung
dient im Zusammenhang mit be=-liegender Zeichnung der weiteren Erläuterung. Es zeigen:
Fig. 1 eine Axialschnittansicht eines in die Arbeitsspindel einer Bearbeitungsmaschine
eingespannten Drehwerkzeuges mit Hilfseinrichtung zum Verstellen eines Schneidenträgers
im Drehwerkzeug; Fig. 2 das Drehwerkzeug aus Fig. 1 in einer gegenüber Fig. 1 um
900 verdrehten Axialschnittansicht mit der Hilfseinrichtung in einer anderen Betriebsposition;
Fig. 3 eine Draufsicht der Hilfsvorrichtung; Fig. 4 eine Ansicht von unten des Drehwerkzeuges
mit den die Ansichten gemäß Fig. 1 und 2 bestimmenden Schnittlinien 1-1 bzw. 2-2
und Fig. 5 bis 8 Ansichten einer anderen Ausführungsform der Erfindung.
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Eine (im einzelnen nicht dargestellte) an sich bekannte Bearbeitungsmaschine
weist eine Arbeitsspindel 1 auf, die durch einen Antriebsmotor um eine Drehachse
2 in Drehung versetzbar ist. In die Arbeitsspindel 1 ist in herkömnfficher Weise
mittels eines Konus 3 ein Drehwerkzeug 4 drehfest einsetzbar. Bei dem dargestellten
Ausführungsbeispiel ist das Drehwerkzeug ein Ausbohrwerkzeug. An dem der Arbeitsspindel
1 abgekehrten Ende des Drehwerkzeuges 4 ist ein Schneidenträger 5 befestigt, der
eine am zu bearbeitenden (nicht dargestellten) Werkstück angreifende Schneide 6
trägt. Das Werkstück wird an einem auf der Zeichnung lediglich schematisch angedeuteten
Maschinentisch 7 befestigt. Die Oberfläche des Maschinentisches ist mit dem Bezugszeichen
8 bezeichnet. Maschinentisch 7 und Arbeitsspindel 1 sind relativ zueinander in Richtung
der Drehachse 2 translatorisch verstellbar, was entweder dadurch realisiert sein
kann, daß die Arbeitsspindel in Richtung der Drehachse 2 relativ zum Maschinentisch
verstellbar ist, oder dadurch, daß der das Werkstück tragende Maschinentisch 7 relativ
zur insoweit ortsfesten Arbeitsspindel 1 translatorisch hin- und herbewegt werden
kann. Bei der dargestellten Ausführungsform
ist angenommen, daß
der Maschinentisch 7 relativ zur Arbeitsspindel 1 angehoben und abgesenkt werden
kann.
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Bei rotierendem Drehwerkzeug 4 und Relativverschiebung von Drehwerkzeug
und Arbeitstisch kann mit Hilfe der am Schneidenträger 5 befestigten Schneide 6
eine Bohrung präzise ausgebohrt werden.
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Die Relativverstellung zwischen dem in die Arbeitsspindel 1 eingespannten
Drehwerkzeug 4 einerseits und dem das zu bearbeitende Werkstück tragenden Maschinentisch
7 andererseits ist in an sich bekannter Weise numerisch gesteuert. Außer diesem
ersten, numerisch gesteuerten, translatorischen Freiheitsgrad weist die dargestellte
Anordnung noch einen zweiten, ebenfalls numerisch gesteuerten Freiheitsgrad auf,
mit dessen Hilfe die Arbeitsspindel 1 und damit das Drehwerkzeug 4 um die Drehachse
2 rotatorisch in bestimmter Winkelstellung einstellbar ist oder eine bestimmte Anzahl
von Umdrehungen der Arbeitsspindel 1 um die Drehachse 2 ausgeführt werden können.
Derartige Bearbeitungsmaschinen mit zwei so#lchen numerisch gesteuerten Freiheitsgraden
sind an sich bekannt.
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Um die den Durchmesser der herzustellenden Bohrung bestimmende Schneide
radial genau einstellen zu können, um so insbesondere auch einer Abnützung der Schneide
6 während des Bearbeitungsvorganges Rechnung -zu tragen, werden erfindungsgemäß
die beiden erwähnten, numerisch gesteuerten Freiheitsgrade der
Bearbeitungsmaschine
ausgenutzt. Hierdurch kann die Radialverstellung des Schneidenträgers und der von
ihm getragenen Schneide 6 automatisch erfolgen. Hierzu sind folgende Vorkehrungen
getroffen: Das Drehwerkzeug 4 besteht im wesentlichen aus zwei Teilen, nämlich dem
eigentlichen Werkzeugkörper 9, der einstückig mit dem Konus 3 verbunden ist. Der
Werkzeugkörper 9 läuft in einem frei abstehenden Drehzapfen 11 aus, der jedoch gegenüber
der Drehachse 2 des Werkzeuges exzentrisch am Werkzeugkörper 9 angeordnet ist. Die
Achse des Drehzapfens 11 ist in Fig. 1 mit 12 bezeichnet. Ihre exzentrische Lage
gegenüber der Drehachse 2 ist aus Fig. 1 ersichtlich.
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Ebenfalls exzentrisch zur Drehachse 2, jedoch koaxial mit dem Drehzapfen
11, ist am Werkzeugkörper 9 ein kreisrunder Zahnkranz 13 angeordnet, der gegenüber
dem Werkzeugkörper 9 ringförmig vorsteht. Auf dem Drehzapfen 11 ist eine Hülse 14
drehbar und in Richtung der Achse 12 gleitverschieblich. In dieser Hülse 14 ist
der Schneidenträger 5 starr befestigt.
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Die Hülse 14 weist an ihrer dem Schneidenträger 5 abgekehrten Seite
einen Innenzahnkranz 15 auf, der normalerweise mit dem Zahnkranz 13 am Werkzeugkörper
9 in Eingriff ist und somit eine drehschlüssige Verbindung zwischen Hülse 14 und
Werkzeugkörper 9 herstellt. Die Hülse 14 bildet den zweiten Teil des Drehwerkzeuges
4.
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Wie aus Fig. 2 ersichtlich, kann durch axiale Verschiebung der Hülse
14 relativ zum Werkzeugkörper 9 die von den Zahnkränzen 13, 15 gebildete Verzahnung
außer Eingriff gebracht werden, so daß nun die Hülse 14 auf dem exzentrischen Drehzapfen
11 relativ zum Werkzeugkörper 9 verdrehbar ist. Da diese Verdrehung um die zur Achse
2 exzentrische Achse 12 erfolgt, ändert sich hierdurch der radiale Abstand der Schneide
6 von der Drehachse 2. Der durch die beschriebene Exzentrizität erzielbare Verstellweg
ist in Fig. 1 durch die Pfeile X angedeutet.
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Wie weiterhin aus der Zeichnung hervorgeht, ist zwischen dem Werkzeugkörper
9 und der Hülse 14 eine Feder 16, beispielsweise in Gestalt einer Tellerfeder, angeordnet,
welche die Hülse 14 in die irs Fig. 1 dargestellte Position vorspannt. In dieser
Position liegt eine innere, konische Ringfläche 17 der Hülse 14 mit Preßdruck an
einem Konus 18 an, der starr mit dem Drehzapfen 11 verbunden ist. Hierdurch ist
die Schneide 6 in ihrer gewählten Stellung festgeklemmt.
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Zur automatischen Verstellung des Schneidenträgers 5 ist seitlich
am Maschinentisch 7 und von diesem frei abstehend eine Hilfseinrichtung 21 angeschraubt.
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Durch die übliche Verstellbarkeit der Arbeitsspindel 1 oder des Maschinentisches
7 in einer zur Tischoberfläche 8 parallelen Ebene kann das Drehwerkzeug 4 in eine
Position genau oberhalb der Hilfseinrichtung
21 gebracht werden,
wie dies auf der Zeichnung dargestellt ist. Die Hilfseinrichtung 21 besteht aus
einem starr mit dem Maschinentisch 7 verbundenen Sockel 22, auf dem ein Klauenträger
23 verschieblich ist. Der Klauenträger weist zwei zum Drehwerkzeug 4 hin abstehende
Klauen 24, 25 auf. An seiner den Klauen 24, 25 gegenüberliegenden Seite steht vom
Klauenträger 23 eine Rippe 26 ab, die in eine Nut 27 entsprechenden Querschnittes
am Sockel 22 eingreift.
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Hierdurch ist der Klauenträger 23 auf dem Sockel 22 in Richtung der
Nut 27 gleitverschieblich. Der Klauenträger weist eine durchgehende, abgestufte
Ausnehmung 28 von gemäß Fig. 3 länglicher Gestalt auf. In den Sockel 22 ist eine
Schraube 29 eingedreht, die mit ihrem Kopf auf der Stufe in der Ausnehmung 28 aufliegt.
Hierdurch ist die Relativverschiebung zwischen Klauenträger 23 und Sockel 22 begrenzt.
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An der Hülse 14 sind (vgl. Fig. 2 und 4) zwei Nuten 31, 32 vorgesehen,
in welche die Klauen 24 bzw. 25 eintreten können, wenn die Hilfseinrichtung 21 an
das Drehwerkzeug 4 herangeführt ist und eine entsprechende Winkelstellung einnimmt.
Die Klauen 24, 25 und die sie aufnehmenden Nuten 31, 32 sind so dimensioniert, daß
die Hülse 14 durch die Klauen 24, 25 drehfest gehalten ist. Wie aus Fig. 2 ersichtlich,
nehmen die Klauen 24, 25 nicht die gesamte Länge der Nuten 31, 32 ein, so daß insoweit
eine gewisse
Relativverschiebung zwischen Hülse 14 und Klauen träger
23 möglich ist.
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Wenn die Klauen 24, 25 durch eine entsprechende Heranführung der Hilfseinrichtung
21 an das Drehwerkzeug 4 in die Nuten 31, 32 einget#eten sind und die Hilfseinrichtung
21 und das Drehwerkzeug 4 weiter in Richtung der Drehachse 2 aufeinander zubewegt
werden, gelangt die der Hilfseinrichtung 21 gegenüberliegende Stirnseite der Hülse
14 zur Anlage auf dem Klauenträger 23. Bei weiterer axialer Relativverschiebung
von Hilfseinrichtung 21 und Drehwerkzeug 4 gelangen schließlich die beiden Zahnkränze
13 15 außer Eingriff, wie dies in Fig. 2 dargestellt ist. Da in dieser Position
die Klauen 24, 25 nach wie vor in die Nuten 31, 32 eingreifen, ist die Hülse 14
drehfest gehalten, es kann jedoch nunmehr der Werkzeugkörper 9 relativ zur Hülse
14 gedreht werden. Da die drehfest gehaltene Hülse 14 auf dem zur Drehachse 2 des
Werkzeugkörpers 9 exzentrischen Drehzapfen 11 sitzt, muß sich die Hülse zwangsläufig
mit Bezug auf die Drehachse 2 verschieben. Eine solche Verschiebung ist möglich,
da einerseits die Klauen 24, 25 mit längsweisem Spiel in die Nuten 31, 32 eingreifen
und andererseits der Klauenträger 23 in der Nut 27 gleitverschieblich ist. Die so
sich ergebende Radialverstellung der Hülse 14 relativ zum Werkzeugkörper 9 resultiert
letzten Endes dann in der gewünschten, neuen
Radialeinstellung
des Schneidenträger 5, der mit der Hülse 14 starr verbunden ist.
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Wenn die gewünschte, neue Radialstellung des Schneidenträgers und
der an ihm befestigten Schneide 6 erreicht ist, werden Hilfsvorrichtung 21 und Drehwerkzeug
4 voneinander wegbewegt. Hierdurch gelangen zunächst unter Wirkung der Feder 16
die beiden Zahnkränze 13, 15 wiederum in gegenseitigen Eingriff, die konische Ringfläche
17 wird gegen den Konus 18 gepreßt und schließlich treten die Klauen 24, 25 aus
den Nuten 31, 32 aus, wodurch die in Fig. 1 dargestellte Position von Hilfseinrichtung
21 und Drehwerkzeug 4 erreicht ist. Der Bearbeitungsvorgang kann nun mit neu eingestelltem
Schneidenträger begonnen oder fortgesetzt werden.
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Bei der dargestellten und beschriebenen Ausführungsform der Erfindung
ist die Hilfseinrichtung 21 am Maschinentisch ortsfest gelagert. Diese ortsfeste
Lagerung der Hilfseinrichtung 21 kann jedoch auch an anderer Stelle der Bearbeitungsmaschine
erfolgen, wenn nur gewährleistet ist, daß die das Drehwerkzeug 4 tragende Arbeitsspindel
1 genau oberhalb der Hilfseinrichtung 21 positioniert werden kann.
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Es ist bekannt, an Bearbeitungsmaschinen der hier in Rede stehenden
Art das Drehwerkzeug 4 automatisch auszuwechseln. Hierzu dienen automatische Werkzeugwechselapparate
ebenfalls an sich bekannter Art,
beispielsweise-in Gestalt einer
Greiferzange. Das Drehwerkzeug 4 weist zu diesem Zweck eine Ringnut 41 auf, in welche
die automatisch herangeführte Greiferzange eingreift und das Werkzeug festhält.
Durch eine entsprechende, ebenfalls numerisch gesteuerte Bewegung wird anschließend
das Werkzeug 4 von der Greiferzange aus der Arbeitsspindel 1 herausgenommen und
abtransportiert und beispielsweise In einem Magazin abgelegt. Anschließend kann
die Greiferzange aus dem Magazin ein neues Drehwerkzeug entnehmen und durch eine
entsprechende Bewegung wieder in die Arbeitsspindel 1 einsetzen.
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Bei einer abgewandelten Ausführungsform der Erfindung ist die beschriebene
Hilfseinrichtung 21 am Werkzeugwechselapparat, also be spielsweise an einer Greiferzange,
angeordnet und kann von diesem Apparat so positioniert werden, daß die Hülse 14
in Eingriff mit den Klauen 24, 25 gelangt, wie dies in Fig. 2 dargestellt ist. Nach
vollzogener Radialverstellung des Schneidenträgers 5 wird die Hilfseinrichtung 21
von dem Werkzeugwechselapparat wieder weggeführt.
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Bei der bisher beschriebenen Ausführungsform der Erfindung wird der
translatorische Freiheitsgrad der Bearbeitungsmaschine zum Lösen und Klemmen des
an der Hülse 14 befestigten Schneidenträgers 5 ausgenutzt, während der rotatorische
Freiheitsgrad dazu dient, die eigentliche Radialverstellung des
Schneidenträgers
5 vorzunehmen. Auf den Figuren 5 bis 8 ist eine andere Ausführungsform gemäß der
Erfindung dargestellt, bei welcher die Verhältnisse gerade umgekehrt liegen. Dort
wird der rotatorische Freiheitsgrad zum Lösen und Klemmen des Schneidenträgers am
Werkzeugkörper ausgenutzt und der translatorische Freiheitsgrad zur Radialverstellung
des Schneidenträgers am Werkzeugkörper.
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Einander entsprechende Teil sind in Fig. 5 bis 8 jeweils mit den gleichen
Bezugszeichen wie in Fig.
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1 bis 4 versehen und werden im einzelnen nicht mehr beschrieben.
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Bei dem Drehwerkzeug 51 gemäß Fig. 5 bis 8 ist im Werkzeugkörper 9
ein Schneidenträger 52 radial verschieblich geführt. Der Schneidenträger 52 weist
eine an sich bekannte Schrägverzahnung 53 auf, die mit einer korrespondierenden
Schrägverzahnung 54 an einer im Werkzeugkörper 9 verschieblichen Stange 55 vorgesehen
ist. Wird die Stange 55 in Richtung der Drehachse 2 verschoben, so wird wegen der
Schrägverzahnungen 53, 54 der Schneidenträger 52 radial verstellt.
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Die Stange 55 ist mit ihrem dem Konus 3 abgekehrten, einen geringeren
Durchmesser aufweisenden Ende 56 in einem Spannfutter 57 geführt, dessen konische
Außenseite an einem entsprechenden Innenkonus des
Werkzeugkörpers
9 in an sich bekannter Weise anliegt. Eine auf das freie Ende des Werkzeugkörpers
9 aufgeschraubte Spannmutter 58 weist ebenfalls eine konische Innenfläche auf, die
an einer weiteren Kegelfläche des Spannfutters 57 angre.ift. Wird die Spannmutter
58 in Richtung zum Konus 3 hin auf den Werkzeugkörper 9 aufgeschraubt, so wird das
Spannfutter 57 in bekannter Weise zusammengepreßt und hält somit die Stange 55 unverrückbar
im Werkzeugkörper 9 fest. Umgekehrt führt ein Verdrehen der Spannmutter 58 in e#ntgegengesetzter
Richtung zu einem öffnen des Spannfutters 57, so daß die Stange 55 im Werkzeugkörper
9 verschoben werden kann.
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Die Stange 55 ist durch eine im Werkzeugkörper 9 angeordnete Feder
59, vorzugsweise eine Tellerfeder, in Richtung zu ihrem verjüngten Ende 56 hin vorgespannt.
An der Spannmutter 58 sind Nuten 61, 62 vorgesehen, die den Nuten 31, 32. in Fig.
2 entsprechen.
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Am Maschinentisch 7 ist eine Hilfseinrichtung 71 ortsfest gehalten,
mit welcher das Drehwerkzeug 4 der Fig. 5 in der zuvor beschriebenen Weise ausrichtbar
ist. Von der Hilfsvorrichtung 71 stehen zwei Klauen 63, 64 sowie ein zentraler Vorsprung
65 ab. Wird das Drehwerkzeug 51 zur Hilfseinrichtung 71 hin verschoben, so greifen
die Klauen 63, 64 in die Nuten 61, 62 ein. Die aufeinander zu erfolgende
Bewegung
von Drehwerkzeug 51 und Hilfseinrichtung 71 wird so lange fortgesetzt, bis die untere
Stirnseite des Stangenendes 56 auf dem Vorsprung 65 aufsitzt.
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Nunmehr wird bei unterbrochener translatorischer Bewegung von Drehwerkzeug
51 relativ zur Hilfseinrichtung 71 das Drehwerkzeug mit Hilfe der Arbeitsspindel
1 verdreht. Da die Spannmutter 58 durch die Klauen 63, 64 drehfest gehalten ist,
wird bei entsprechendem Drehsinn die Spannmutter gelöst, so daß sich das Spannfutter
57 öffnet. Da die Stange 55 auf dem Vorsprung 65 aufsitzt, erfolgt zunächst keine
Verschiebung der Stange 55 relativ zum Werkzeugkörper 9 unter der Wirkung der Feder
59. Wird nunmehr jedoch das Drehwerkzeug 51 in Richtung seiner Drehachse 2 translatorisch
verstellt, so ergibt sich wegen der von der Feder 59 belasteten, am Vorsprung 65
aufsitzenden Stange 55 eine Relativverschiebung zwischen dieser Stange und dem Werkzeugkörper
9, der in der bereits erwähnten Weise wegen der Schrägverzahnungen 53, 54 zu einer
Radialverstellung des Schneidenträgers 52 führt. Wenn die gewünschte radiale Einstellung
des Schneidenträgers 52 erreicht ist, wird die translatcrische Verschiebung des
Werkzeugkörpers 9 in Richtung der Drehachse 2 unterbrochen und die Spannmutter 58
durch eine rotatorische Bewegung des Drehwerkzeugs 51 wieder angezogen, wodurch
die Stange 55 und damit der Schneidenträger 52 wieder festgeklemmt ist. Anschließend
kann durch eine erneute translatorische
Relativverschiebung das
Werkzeug 51 wieder von der Hilfseinrichtung 71 abgelöst werden.
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Auch bei der Ausführungsform gemäß Fig. 5 bis 8 kann die Hilfseinrichtung
71 wiederum an anderer Stelle, beispielsweise auch an einem automatischen Werkzeugwechselapparat,
befestigt sein.
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