-
T i t e 1 : Vorschubantrieb für eine Mehr-
-
spindelmaschine Die Erfindung betrifft einen Vorschubantrieb für
eine Mehrspindelmaschine.
-
Mehrspindelmaschinen werden zur spanenden Bearbeitung, wie Bohren,
Feinbohren, Aus- und Plandrehen, Fräsen, Gewindebohren usw., eingesetzt. Wesentlicher
Bestandteil solcher Mehrspindelinaschinen sind Schlitteneinheiten, deren Vorschubbewegung
entweder hydraulisch, hydro-mechanisch oder elektro-mechanisch erfolgen kann.
-
Bei Mehrspindelmaschinen mit hydraulischer Vorschubbewegung der Werkzeuge
erfolgen Eilyang und Arbeitsvorschub für diese unter Verwendung eines Zylinders
mit Kolben sowie Pumpen und eines Behälters für ein Arbeitsmedium, z.B. Öl. Gesteuert
werden
die hydraulischen Vorschubbewegungen mittels Steuerschiebern und Ventilen. Als vorteilhaft
erweist sich ein Verharren der Werkzeuge zum Freischneiden, ein Oberlastungsschutz,
eine feinfühlige und stufenlose Einstellung der Vorschubwerte und eine leichte Erzeugung
großer Kräfte, die alle den Arbeitsablauf wesentlich begünstigen.
-
Bei Mehrspindelmaschinen mit hydro-mechanischer Vorschubbewegung wird
hingegen eine in eine Mutter eindrehbare Spindel verwendet, die durch einen ölmotor
angetrieben wird und so Eilgang und Arbeitsvorschub bewirkt. Solche Vorschubeinheiten
werden meist dann verwendet, wenn gleichmäßige, d.h.
-
vom Arbeitswiderstand unabhängige Vorschubwerte erforderlich sind.
-
Bei Mehrspindelmaschinen wiederum mit elektro-mechanischer Vorschubbewegung
wird statt eines Ölmotors ein Elektromotor als Antriebsmotor verwendet. Bei der
Verwendung eines solchen Antriebs ergeben sich als Vorteile eine leichte Anbaubarkeit,
billigere Herstellung und einfache Wartung.
-
Je nach Bearbeitungsaufgabe werden die vielfach in Schlitteneinheiten
ausgeführten Vorschubeinheiten in horizontalen, schrägen oder vertikalen Schlittenaufnahmen
geführt. Zur mehrspindeligen Bearbeitung von Werkstücken werden meist Mehrspindelbohrköpfe
mit Bohrkopfträgern verwendet, für deren Vorschub ein gemeinsamer Vorschubantrieb
verwendetwird. Die Vorschubbewegung erfolgt dabei mittels Nocken oder hydraulisch.
-
Aus der DE-OS 25 35 973 ist ein Mehrspindelbohrautomat, insbesondere
zum Bohren von Leiterplatten, bekannt. Der Mehrspindelbohrautomat besteht aus einem
als Portal ausgebildeten Werkzeugträger und einem unter dem Portal verfahrbaren,
die Leiterplatten aufnehmenden Kreuztisch- Support, Von einer numerischen Steuerung.
d.h. einer NC-Steuerung, des Mehrspindelbohrautomats
wird ein Bohrwerkzeugmitnehmer
so angesteuert, daß Bohrwerkzeuge auswählbar sind. Der Bohrhub der ausgewählten
Bohrwerkzeuge erfolgt mittels einer allen Bohrwerkzeugen gemeinsamen Hubtraverse.
Der Antrieb der Hubtraverse ist zwangsgesteuert, so daß unabhängig von der Anzahl
der im Eingriff befindlichen Bohrwerkzeuge, deren Zustellbewegung und Vorschubbewegung
gleichbleibend ist.
-
Die Steuerung der Bohrwerkzeugmitnehmer erfolgt pneumatisch, wobei
Druckluftventile mittels Elektromagneten von der NC-Steuerung ansteuerbar sind.
Bei dieser bekannten Mehrspindelbohrmaschine erfolgt keine Rückmeldung über die
tatsächlich ausgeführte Vorschubbewegung, so daß das Entdecken nicht einwandfrei
durchgeführter Bohrungen der Sorgfalt des Bedienungspersonals überlassen ist. Erfolgt
die Vorschubbewegung mittels einer für alle Bohrwerkzeuge gemeinsamen Einrichtung,
so wird nur die Ausführung der Vorschubbewegung der Einrichtung gesteuert und überwacht.
Werden voneinander unabhängig steuerbare Spnindeleinheiten verwendet, so gestaltet
sich der Steuerungsmechanismus kompliziert.
-
Aufgabe der Erfindung ist es daher, einen Vorschubantrieb für eine
Mehrspindelmaschine derart anzugeben, daß eine synchrone Vorschubbewegung voneinander
unabhängiger Werkzeuge steuerbar und überwachbar ist.
-
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß eine numerisch
gesteuerte Führungseinheit vorgesehen ist, der eine Anzahl von Bearbeitungseinheiten
zugeordnet sind, daß die Führungseinheit einen Wegrückmeldegeber als Soll-Wertgeber
und die Bearbeitungseinheiten je einen Wegrückmeldegeber als Ist-Wertgeber aufweisen,
und daß die Bearbeitungseinheiten über eine Nachlaufregelung in Abhängigkeit von
der Führungseinheit steuerbar sind.
-
Der erfindungsgemäße Vorschubantrieb weist den Vorteil auf, daß er
universell verwendbar und bei der automatischen M-engenfertigung einsetzbar ist.
Die nachträgliche Erweiterung mit zusätzlichen Bearbeitungseinheiten ist einfach
durchzuführen und erfordert keine Anderung im Steuerung oder Regelungskonzept. Für
die Steuerung von Bewegungsabläufen bei Wechselvorgängen der Werkzeuge in den Bearbeitungseinheiten,
bei Vorschubbewegungen der Führungseinheit und bei Verschiebbewegungen in einer
Ebene senkrecht zur Vorschubbewegung wird in vorteilhafter Weise eine numerische
Steuerung verwendet. Bei einem automatisch ablaufenden Fertigungsprozeß werden die
Bearbeitungseinheiten in Abhängigkeit von der Führungseinheit mittels der Nachlaufregelung
geführt.
-
Mittels eines Wahlumschalters kann auch eine Steuerung von Hand für
die Bearbeitungseinheiten erfolgen.
-
Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Vorschubantriebs sind in den
Unteransprüchen angegeben.
-
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung näher beschrieben.
Es zeigt: Fig. 1 eine Mehrspindelmaschine für einen bevorzug#ten Anwendungsfall,
r Fig. 2 eine schematische Darstellung einer Führungseinheit und Fig. 3 eine schematische
Darstellung einer Bearbeitungseinheit.
-
Eine Bearbeitungsmaschine, die gemäß der hier ausgeführten Darstellung
als ein mehrspindeliges Bohrwerkzeug ausgeführt ist, ist sowohl mit einer Führungseinheit
1 als auch mit einer Bearbeitungseinheit 2 versehen, wobei die Bearbeitungsmaschine
als eine Mehrspindelmaschine 3 für einen bevorzug
ten Anwendungsfall,
nämlich Durchführen einer Vielzahl von Bohrungen in großflächige Werkstücke 4 ausgeführt
ist.
-
Bei Vorgabe eines gewünschten Vorschubs kann über eine nicht dargestellte
überwachung des Bohrprozesses auch der Vorschub selbst in seinem Bewegungsablauf
überwacht werden. Weicht die Vorschubbewegung der Bearbeitungseinheit 2 von den
vorgebbaren Vorschubbewegung der Führungseinheit 1 ab, so wird die betreffende Bearb#itungse-inheit
2 automatisch stillgesetzt. Diese Unterbrechung kann beispielsweise durch ein akustisches
Alarmsignal oder mittels Signal lampen 5 angezeigt werden. Für die übrigen Bearbeitungseinheiten
2 muß für diesen Arbeitsschritt keine Stillsetzung erfolgen. Die Bedienung der Mehrspindelmaschine
3 kann über ein Bedien-und Kontrollgerät 6 erfolgen, welches über eine Kabelverbindung
mit einer Steuerung, z.B. einem NC-Steuerschrank 7, für die Transportbewegung des
Werkstücks 4 verbunden ist.
-
Die Transportbewegung des Werkstückes 4 kann hydrostatisch erfolgen,
und es ist für die Senkrechtbewegung der Bohrköpfe 8 ein Antrieb in der Mehrspindelmaschine
3 angeordnet.
-
Wie aus Fig. 1 ersichtlich, ist der Bohrkopf 8 an einer Brücke 9 verschieblich
angebracht, die ihrerseits über seitlich angebrachte Schienen 10 verfahrbar ist,
so daß der Bohrkopf 8 mittels der NC-Steuerung 7 in einer Ebene (zwei NC-gesteuerte
Achsen) parallel zum großflächigen Werkstück 4 verfahrbar ist. Der Arbeitsbereich
in der einen Richtung (Achse X) ist durch den Abstand der Schienen 10 begrenzt und
ist in der anderen Richtung (Achse Y) von der Länge der Schienen 10 abhängig. Die
Bearbeitungseinheiten 2 (oder Spindeleinheiten) l-assen sich im Bohrkopf 8#im Abstand
zueinander einstellen. Für jede Bearbeitungseinheit 2 können jeweils unabhängig
voneinander betreibbare Haupt- und Vorschubantriebsmotoren oder für mehrere Spindeleinheiten
gemeinsame Antriebsmotoren im Bohrkopf 8 vorgesehen sein.
-
Die Befehls- und Anzeigeinstrumente sind im zentralen Pult
des
Bedien- und Kontroligeräts 6 zusammengefaßt, welches an der Seite der Brücke 9 angeordnet
ist. Ein automatischer, numerisch gesteuerter Programmablauf kann durch einen manuellen
Befehl mittels Eingabe durch Knopfdruck eingeleitet werden. Weitere Möglichkeiten
zur Einleitung eines Programmablaufs sind Befehle der NC-Steueru#ng 7 oder bei einem
flexiblen Fertigungssystem Befehle durch einen zentralen Rechner.
-
In Fig. 2 ist die Ausgestaltung der Führungseinheit 1 der Mehrspindelmaschine
3 dargestellt. Die Anordnung der Fuhrungseinheit 1 ist beliebig, vorzugsweise im
Bohrkopf 8 der Mehrspindelmaschine 3. Teile der Führungseinheit 1 sind ein numerisch
steuerbarer Motor 11 zur Bewegung einer Masse 12. Diese Masse 12 kann entweder auf
einer Welle 15 des Motors 11 festgeklemmt sein oder mittels Mutter und Führungshülse
konzentrisch zur Welle 15 gelagert sein. Ein als Wegrückmeldegeber verwendeter Soll-Wertgeber
14 ist mittels einer drehsteifen Kupplung 13 mit der Welle 15 des Motors 11 verbunden.
Dieser Soll-Wertgeber 14, vorzugsweise ein inkrementaler Drehgeber, erfaßt die Vorschubbewegungen
des Motors 11 für die Masse -12. Die Führungseinheit 1 bildet als Grundeinheit eine
numerisch gesteuerte Achse und ist in dem Regelkreis der Bearbeitungseinheiten 2
eingefügt.
-
Die Führungseinheit 1 für die Vorschubbewegungen in Richtung der dritten
NC-gesteuerten Achse (Achse Z) der Mehrspindelmaschine 3 läuft leer mit. Die Masse
12 ist so dimensioniert, daß diese dem Gesamtgewicht einer drehsteifen Kupplung
23, einem Kugelgewindetrieb 25, einem Werkzeughalter 29 und von diesem getragener
Aufbauten 27, 26, 30 und 28 der Bearbeitungsein#heit 2 entspricht.
-
In Fig. 3 ist eine Ausgestaltung der Bearbeitungseinheit 2 dargestellt.
Die Bearbeitungseinheit 2 enthält jeweils einen von der Führungseinheit 1 mittels
Nachlaufregelurg
gesteuerten Motor 21 zur Vorschubbewegung des
Werkzeugs 28. Der Kugelgewindetrieb 25 ist am jeweiligen Ende mittels drehsteifer
Kupplungen 23 und 31 mit einer Welle 22 des Motors 21 und einem als Wegrükmeldegeber
verwendeten Ist-Wertgeber 24 verbuinden. Mittels der Nachlaufregelung sind die Ist-Wertgeber
24 elektrisch so steuerbar, daß sie im Normalbetrieb synchron zum jeweiligen Soll-
Wertgeber 14 laufen. Die Ist-Wertgeber 24 sind voneinander unabhängig, vorzugsweise
elektrisch abschaltbar. Als Antriebskraft für die Vorschubbewegungen werden vorzugsweise
Gleichstrom-Servomotoren verwendet. Eine Dreh-bewegung des Kugelgewindetriebs 25
ruft üb-er eine Mutter 32 eine Vorschubbewegung eines Werkzeughalters 29 hervor-.
Der Werkzeughalter 29 trägt den Antriebsmotor 27 für das Werkzeug 28, die Arbeitsspindel
26 und die Bohrspindel 30. Die Welle 33 des Antriebsmotors 27 verläuft koaxial zum
Kugelgewindetrieb 25 durch eine Ausnehmung im Werkzeughalter 29, welche vorzugsweise
als Lager ausgebildet ist. Diese Welle 33 verläuft -in der als Hülse ausgebildeten
Arbeitsspindel 26. In der Arbe-itsspindel 26 befindet sich am Wellenende des Antrieb-smotors
27 eine in der Zeichnung nicht dargestellte Lagerung, z. B. ein Kugelrollenlager
für diese Welle. Der Werkzeughalter 29 ist vorzugsweise als Platte ausgebilde#t,
in die einerseits die Mutter 32, andererseits ein Zwischenlager für die Welle 33
des Antriebsmotors 27 festklemmbar sind. Die Bohrspindel 30 ist mit der Arbeitsspindel
26 kraftschlüssig verbindbar und dient als Aufnahme für das Werkzeug 28. Bei der
Verwendung von Ölbohrern als Werkzeug 28 wird das Öl durch eine Bohrung im Inneren
des Werkzeugs 28 und durch entsprechende Kanäle in der Bohrspindel 30 bzw. der Arbeitsspindel
26 zu einem Bohrölzuführapparat geleitet. Der Antriebsmotor 27 für das Werkzeug
28 ist unabhängig von dem Motor 21 ansteuerbar, wobei vorzugsweise mehrere Werkzeuge
28 verschiedener Bearbeitungseinheiten 2 vom gleichen Antriebsmotor 27 angetrieben
werden können.
-
Der erfindungsgemäße Vorschubantrieb für die Mehrspindel bohrmaschine
3 weist den Vorteil auf, daß auf die Verwendung von bei längerem Betrieb störanfälliger
Mechanik zur Steuerung der Vorschubbewegung verzichtet werden kann.
-
Durch die Verwendung von inkrementalen Drehgebern als Wegrückmeldegeber
ist eine hohe Genauigkeit erzielbar, so daß der Bohrhub aller Bearbeitungseinheiten
2 im Normalbetrieb gleich groß und Störungen im Betriebsfall leicht erkennbar sind.
Weiterhin kommen alle bekannten Vorteile einer rechnergeführten elektrischen Steuerung
zum Tragen.
-
- Leerseite -