DE3330653A1

DE3330653A1 - Revolverdrehautomat bzw. nc-drehmaschine mit einem radial geteilten werkzeugrevolverkopf

Info

Publication number: DE3330653A1
Application number: DE19833330653
Authority: DE
Inventors: Manfred Dipl.-Ing. 7312 Kirchheim Kanal
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1983-08-25
Filing date: 1983-08-25
Publication date: 1985-03-21

Description

Beschreibung:
Titel: Revolverdrehautomat bzw.NC-Drehmaschine mit einem radial zweigeteilten Revolverkopf.
Anmeldungsgegenstand: Die Erfindung betrifft einen Revolverdrehautomat bzw.eine NC-Drehmaschine mit einem radial zweigetfilten Revolverluspf nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.
Angabe zur Gattung: Nach"Schaumjan" ist ein Automat eine sich selbst steuernde Arbeitsmaschine, die für die Vorwirklichung des technologischen Prozesses alle Arbeitsgänge und alle Hilfsbewegungen des Arbeitsspiels ausführt und nur noch der Kontrolle des Arbri ters unterliegt.In den Anfängen bestand zin Drehautomat aus einer Mehrschlittenanordnung mit aurgesetzten Werkzeugen.
Heute hat jeder moderne Drehautomat mindestens ein t';erkceuq revolver und ist NC-gesteuert.
Eine andere Werkzeugmaschinengattung sind die Spitzendrehbänke,die in der heutigen Version meist NO-gesteuert sind und über einen Werkzeugrevolver verfügen.
Die~ Bezeichnung "Revolverautomat" oder "NC-[3rehmaschine" zeigt an aus welcher Ecke der Hersteller kommt.In der Maschinenausrüstung und im Arbeitseinsatz sind dis vielfach gleich.
Stand der Technik: Es ist bekannt,daß die Revolverdrehautomaten und PC-Drehmaschinen mit einem oder zwei Werkzeugrevelvereinheiten ausgerüstet sind.Die Anordnung und die Form er Werkzeugrevelvereinheiten sind vielgestaltig.Es gibt Schalben-, Tromm 1-und Kronenrevolver. Angeordnet sind diese teilweise vor @ Drehmitte,andere sitzen hinter der Drehmitte und weiter sind vorn und hinten mit je einem ausgerüstet. Weiter gibt es eine Ausführung für Wellenteile,da sind bede Revolver hinter der Drehmitte angeordnet.
Eine in die Erfindungsrichtung zeigende Ausfahrung ist in der Patentanmeldung 1952050 niedergelegt.Auf einem nicht geteilten Werkzeugrevolverkopf sind in zwei Reihen tierkzeugauß nahmen angeordnet, wobei die eine Reihe nur Innen- und die andere nur Außendrehwerkzeug-Aufnahmen besitzt.
Je ein Werkzeug von den beiden Reihen liegt fest zugeordnet in der Arbeitsebene und es können bei sinnvoller Vorauswahl zwei Werkzeuge hintereinander ohne eine Revolverkopfschaltung eingesetzt werden, Hier fehlt die frei wählbare Zuordnung von Werkzeug zu Werkzeug.
Eine axiale Revolverkopfteilung, d.h. zwei nebeneinander liegende Revolverkopfscheiben mit Werkzeugen ausgerüstet, taucht immer wieder in der Literatur auf, entspricht durch die Problematik der Lagefixierung nicht dem heutigen Qualitätsstandard und findet keine Realisierung. Auch wurde diese Anordnung bei der ersten Fassung der vorgenannten Patentanmeldung als Unteranspruch gefordert und in der späteren Fassung taucht dieser nicht mehr auf.
Die NC-Revolverdrehautomaten oder NC-Drehmaschinen sind in den Schlittenführungen vielgestaltig, wobei der Werkzeugrevolver auf einem Kreuzschlitten die bekannteste Ausführung darstellt.
Weitere Ausführungsformen sind: - Werkzeugrevolver fest und Arbeitsspindel auf einem Kreuzschlitten; - Werkzeugrevolver auf einer Schlitteneinheit mit nur einer beweglichen Achse und einer Arbeitsspindel auf einer anderen Schlitteneinheit mit einer rechtwinklig dazu beweglichen Achse.
Kritik am Stand der Technik: CNC-Steuerungen sind im heutigen Standard sehr komplex und flexibel ausgerüstet. Bereits bei der Programmeingabe wird der Bediener im Dialog geführt, die programmierten Verfahranweisungen werden sofort grafisch dargestellt.
Der maschinenbauliche Teil einer CNC-Maschine ist im Aufbau noch sehr konservativ geblieben, außer den Kugelrollspindeln mit Servomotoren als Stellantriebe und den damit weggefallenen Handrädern hat sich nicht viel geändert.
Die Doppelschlittenausführung.mit je einem Werkzeugrevolverkopf oder einer Einschlittenausführung mit einem Werkzeugladesystem sind bekannte Lösungen aus den NC-Anfängen, die den Maschineneinsatz eher komplizierten und nicht die geforderte Flexibilität brachten. Die gängigste Ausführung ist heute noch der einschlittige NC-Revolverdrehautomat oder die NC-Drehmaschine.
Es gibt verschiedenste Veröffentlichungen, in denen mindestens zehn Werkzeuge für eine Komplettbearbeitung von relativ einfachen Werkstücken gefordert wird. Wobei wurde die Anforderung an einen Werkzeugstandardsatz und der bei der Bearbeitung erforderlichen Ersatzwerkzeugen nicht hoch gerechnet.
Eine flexible Werkzeugbereitstellung muß das Ziel jeder Neuentwicklung werden, ohne die kollisionsbedingten Nachteile einer Doppelschlittenmaschine, Der hohe Nebenzeitanteil an der Fertigungszeit eines Werkstückes ist ein weiterer kritischer Punkt. Es gibt eine repräsentative Untersuchung von etwa 100 verschiedenen Drehteilen im Durchmesserbereich von 10 bis 40 mm, die auf handelsüblichen CNC-Drehmaschinen gefertigt wurden.
( NC-Fertigung 3/83, M.Hekeler ) Der durchschnittliche Nebenzeitanteil (Totzeit) lag bei dieser Untersuchung bei 70.
Nach jedem Bearbeitungsvorgang muß der Revolverschlitten immer kollisionsfrei zum Werkstück in die hintere Endlage zurückgefahren werden,damit das neue Werkzeug in die Arbeitsebene eingeschwenkt werden kann.Erneut muß danach der Revolverschlitten in einer Eilgangbewegung zum Werkstück zugestellt werden. Erst danach kann wieder weiter- gearbeitet werden, darum der hohe Nebenzeitanteil.
Ein weiterer Kritikpunkt liegt -darin, daß bis jetzt der Revolverkopf nur Werkzeuge zur Bearbeitung bereitstellt. Die Anforderungen an neuzeitliche Werkzeugmaschinen ist höher und flexibler geworden, es wird ein automatischer Werkzeugaustausch nach einer abgelaufenen Standzeit, Werkstückmessoperationen im Arbeitsraum während der Bearbeitung, Werkzeugbruchkontrolle vor dem direkten Werkzeugeinsatz, Werkstücknachbearbeitung auf der Rückseite, Werkstückzuführung und Werkstückabnahme mit einem variablen Revolverkopfsystem gefordert.
Eine Doppelschlittenmaschine mit je einem Revolverkopf ist für das Anforderungsprofil derzeitig die Lösung, aber die Nachteile überwiegen. Die Schlitten- oder Werkzeugkollision ist zu groß, hauptsächlich bei kleinen Werkstücken, so daß ein paralleler Arbeitseinsatz nicht möglich ist. Sind die beiden Schlitten horizontal angeordnet, so behindert der vordere Schlitten die Zugänglichkeit zur Maschine. Bei einer Schrägbettanordnung liegt der zweite Schlitten mit den Revolverwerkzeugen im Spünefallraum. Werden schlanke Werkstücke gefertigt, so ist eine Reitstockabstützung erforderlich,diese ist oft bei Zweischlittenmaschinen aus Platzgründen konstruktiv nicht vorgesehen.
Aufgabe: Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den NC-Revolverdrehautomat bzw. NC-Drehmaschine in dem Werkzeugträger flexibler zu gestalten, um den beschriebenen Anforderungen gerecht zu werden: - Pit einer radialen iRevolverkopfteilung, daß aus einer Revolverkopfeiheit zwei kollidionfreie, unabhängig voneinander schaltbare Revolverköpfe entstehen.
- mit einer radialen und axial Fixierung ! iom cXv-.-kopfhä'lften in ler gemeinsamen Schräg-Stirnverzahnung, die nahe am erkzeugi1urchmesser liegt.
- jede Revolverkopfhälfte muß eine Reihe von Spannaufnahmen für Werkzeuge oder ähnliches aufweisen, um eine Komplettbearbeitung des Werkstückes und deren Meß- oder Zu- und Werkstückabführoperationen zu ermöglichen.
- Um Nebenzeiten wesentlich reduzieren zu können, müssen nicht nur zwei Werkzeuge in der gleichen Arbeitsebene liegen, sondern während des Arbeitseinsatzes des einen Werkzeuges muß die Bereitstellung eines frei wählbaren Werkzeuges der anderen Revolverkopfhälfte erfolgen.
- Eine Revolverkopfhälfte muß nidht formgleich zu der anderen sein, Sonderformen zum Ausbau einer zusätzlichen Meßstation zum automatischen Werkzeugwechsel usw. sind gefordert.
- Eine Ausbauvariante kann zwei Revolverkopfeinheiten besitzen, wobei nur eine oder beide zweigeteilt sind.
Erzielbare Vorteile: Die mit der Erfindung zu erzielenden Vorteile bestehen darin, daß bei einer kompakt gebauten, radial zweigeteilten Werkzeugrevolvereinheit ein erhöhtes Werkzeuganqebot von zwei kollisions- und nebenzeitfrei schaltbaren Revolverkopfhälften ausgeht, indem nicht nur ein Werkzeugstandardsatz bevorratet, sondern auch freie Stationen zur Unberbringung von Meßstationen oder ähnliches angeboten werden.
Dem Werkzeug der einen Revolverkopfhälfte kann selbst während seines Arbeitseinsatzes ein frei wählbares Werkzeug oder ähnliches der anderen Revolverkopfhülfte kollisionsfrei in die gleiche Arbeitsebene zugeschaltet werden.
Diese nebenzeitfreie Werkzeugbereitstellung kann bei richtiger Programmierung wechselseitig und somit sbetit errolgen. Dann kann Werkzeug für Iílerl<zeug ohne Rücklauf zur Werkzeugwechselposition und deren Revolverschaltung hin einander eingesetzt werden; Diese radiale Revolverkop teilung beinhaltet den Vorteil einer Zweischlittenmaschine ohne deren Kollisionsgefahr und deren Behinderung beim Zugang zum Arbeitsraum durch den vorderen Revolverschlitten oder der Behinderung der Werkzeuge an einem tiefer liegenden Revolverschlitten durch herabfallende Späne.
Wird noch ein größerer Werkzeug- oder Meßmitteleinsatz gefordert, so kann mit der Inkaufnahme der bekannten Nachteile auch auf eine Zweischlittenmaschine ausgewichen werden, die einen oder zwei radial zweigeteilte Revolverköpfe besitzt, was insgesamt einer Werkzeugbevorratung von drei bzw. vier konventionellen Revolverköpfen entspricht.
Durch die gemeinsame axiale und radiale Lagezentrierung beider Revolverkopfhälften, nahe am Revolverkopf-Außendurchmesser, ist in der Mitte ein Freiraum geschaffen worden, in dem Zusatzeinrichtungen wie rotierender Antrieb für Werkzeuge oder ähnliches untergebracht werden können, Lösung: Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die gekennzeichneten Merkmale des Anspruches 1 bis 8 gelöst. Beschreibung: Ein Ausführungsbeispiel ist zeichnerisch dargestellt und wird nachfolgend näher beschrieben: Es zeigen: Fig. 1 - den Arbeitsraum eines Revolverdrehautomaten bzw.
einer NC-DrehmaschineO Fig.2 meinen Schnitt durch einen radial zweigeteilten RevolverkofO FigO3 -einen Schnitt durch eine Ausführungsform für eine automatische Werkzeugspannbefestigung.
In diesem Ausführungsbeispiel wird ein Revolverdrehautomat bzw.eine NO-Drehmaschine dargestellt mit einem radial zweigeteilten Kronenrevolver (1, 2) und einer Arbeitspindel in einem fest fixierten SpindelstockDer zweigeteilte Kronenrevolver kennzeichnet sich dadurch, daß die Schaltachse (3) schräg zur Drehachse liegt, jedoch die Aufnahmebohrungen für die Werkzeuge usw, liegen in der Arbeicsebene genau parallel zur Drehachse0 Diese Bauform ermöglicht in kleinster Abmessung eine Vielzahl von Werkzeugen usw.em Umfang anzuordnen0 Jede radial versetzte Revolverkopfhilfte am Körperumfang hat eine Reihe von Aufnahmebohrungen (798) für Werkzeugs, Meß fühler oder ähnliche Hilfseinrichtungen. Bei sinnvoller Anordnung9wie Innendrehwerkzeuge auf die Reihe der inneren Revolverkopfhälfte und Außendrehwerkzeuge auf die Reihe der äußeren Revolverkophälfte, können immer zwei IS-rkzeuge oder ähnliches kollisionsfrei und frei auswählbar in die Arbeitsebene eingeschwenkt werden9 wobei das eine Werkzeug noch arbeitet und das andere bereitgestellt wird.
In dem Schnittbild (Fig. 2) wird beispielsweise eine Bauart beschrieben9beide'm der Führungskörper (9) für die beiden Revolverkopfhälften (192) als Ring ausgebildet ist und an der äußeren Ringzylinderfläche die äußere Revolverkopfhälfte (1) und an der inneren die innere Revolverkopfhälfte (2) radial führt. Zugleich tragt dieser Führungskörper (9) stirnseitig eine kegelige ?tirnverzahnung (10) zur präzisen radialen und axialen Fixierung beider RevolverkopfhälftenOGegenseitig an den Revolverkopfhälften befinden sich die dazu erforderlichen stirnverzahnten Gegeringe (11, 12).
Die an dem Führungskörper (9) anliegenden Führungsringe, außen (19) und innen (20), sind zugleich als Zylinderkolbenkörper (13, 14) bzw. Zylinderbüchsenkörper (15,'16) ausgebildet für eine fluidische Ansteuerung. Die dazu erforderlichen Gegenkörper sind am Revolvergrundkörper angeflauscht.
Durch eine hydraulische oder pneumatische Ansteuerung auf die Ringfläche (14) wird die äußere Revolverkopfhälfte und auf (16) die innere aus der Stirnverzahnung abgehoben.
Eine Ansteuerung der Ringfläche (13) preßt die äußere Revolverkopfhälfte und auf (15) die innere in die Stirnverzahnung zur axialen und radialen Revolverkopf-Lagefixierung. Die dazu erforderliche Ventilansteuerung ist bekannt und wird hier nicht beschrieben.
Die Revolverkopfschaltung wird nach einer in der NC-Steuerung vorgegebenen Richtungslogik eingeleitet, indem je ein Stellmotor über eine Ritzelwelle (17, 18), in einen Zahnkranz bzw.
Zahnrad eingreift und die vorgegebene Revolverschaltung bei abgehobener Revolverkopfhälfte ausführt. Die Grobjustierung für die Revolverkopfstellungen werden elektrisch in bekannter Weise fixiert. Eine exakte Feinjustierung erfolgt in dem Anpreßvorgang zur Stirnverzahnung (11, 12 zu 9).
Die äußere Revolverkopfhälfte zur inneren kann unabhängig in der Richtung und im zeitlichen Ablauf geschaltet werden und umgekehrt.
In Fig. 3 wird beispielshaft ein steuerbares Werkzeugspannsystem dargestellt, mit dem ein automatischer Werkzeugwechsel ermöglicht wird. Ein DIN-Werkzeughalterschaft mit zahnstangenühnlichem Schaftaufbau (30) wird über einen Steuerkolben (31) mit schräg angeschnittener Gegenverzahnung so vorgespannt bzw. gelost, daß ein vom Revolver aus steuerbares Werkzeugspannsystem entsteht.

Claims

PATENTANSPRUCH Revolverdrehautomat bzw. NC-Drehmaschine mit einer in der Arbeitsspindel befindlichen Werkstuckspanneinrichtung und einem radial geteilten Revolverkopf, wobei die Revolverkopfhälften (1,2) um eine und dieselbe Schaltachse (3) unabhängig voneinander schaltbar sind, - diese sind an einem Revolvergrundkbrper (4) gelagert, der sowohl nach einer Ausführung Teil einer Kreuzschlitteneinheit (5) ist und damit senkrecht und parallel zur Arbeitsspindel verschiebbar ist, oder nach einer anderen Ausführungsart ist dieser Revolvergrundkörper (4) feststehend und der Körper der Arbeitsspindel ist quer- und längsverschiebbar, oder nach einer weiteren Ausführung, in der die Arbeitsspindel ebenso wie der dazugehörige Revolverschlitten quer-oder Iängsverschiebbar ist und beide somit gemeinsam die zur Bearbeitung notwendigen Quer- und Längsbewegungen ausüben können; - jede Revolverkopfhälfte (1,2) hat eine Reihe von Sp&nnaufnahmen (7,8) für Werkzeuge, Meßmittel, Überwachunqselemente, Werkstückbe- und Werkstückentladeeinrichtungen oder ähnliches so angeordnet, daß ein ungehindErtes Schalten gemeinsam oder einzeln für sich möglich ist, selbst während des Bearbeitungsyorganges des Werkzeuges der einen Revolverkopfhälfte kann beispielsweise die Bereitstellung eines beliebig anderen Werkzeuges oder ähnlichem der anderen Revolverkopfhälfte erfolgen, d.h.

bei einem stetigen Wechsel von einem Werkzeug -der einen Revolverhälfte zu einem Werkzeug der anderen kann die notwendige Revolverkopfschaltung immer während des t-3earbeitungsvorganges erfolgen, was zu einer wesentlichen Nebenzeiteinsparung führt, dadurch gekennzeichnet, daß der Revolverkopf (1,2) in einem Revolverdrehautomat bzw. NC-Drehmaschine, zur Aufnahme von Werkzeugen, Meßmitteln, Überwachungselementen, Werkstückbe-und Werkstückentladeeinrichtungen oder ähnliches, radial zweigeteilt ist, wobei jede Revolverkopfhälfte (1 oder je tür sich eine eigenständige frei schaltbare Einheit -darstellt und beide um eine und dieselbe Schaltachse (3) schaltbar sind, die in der Anzahl der Spannaufnahmen zueinander nicht deckungsgleich oder formgleich sein müssen.
2. Revolverautomat bzw. NC-Drehmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die radiale und axiale Zentrierung beider Revolverkopfhälften von einem gemeinsamen Ring-Körper (9) ausgeht, der zugleich stirnseitig für beide Revolverkopfhälften eine breite einteilige oder in gleicher Breite zweiteilig, eine radial und axial zentrierende Stirnverzahnung aufweist (10) und mit den an den beiden Revolverkopfhälften befestigten, stirnverzahnten Gegenringen (11, 12) und der am Ringkörper (9) axial verschiebbaren Druckkolbenbüchse (19) und Druckkolbenring (20) an den Flächen (13, 15) fluidisch druckbeaufschlagt werden zur hochpräzisen Schaltlagefixierung der beiden Revolverkopfhälften, wobei die Kraftübertragung vom Werkzeug zum Grundkörper ohne großen Hebelarm nahe am Revolveraußendurchmesser erfolgt; die Abhebebewegung zur jeder Revolverschaltung wird für Jede Hälfte für sich über die Zylinderfläche (14 oder 16) fluidisch eingeleitet, wobei beispielsweise über die Ritzelwelle (17 oder 18) mit je einem Stellmotor und einem Zahnkranz bzw, Zahnring die Revolverschaltung unabhängig voneinander ausgeführt wird.
3. Revolverautomat bzw. NC-Orehmaschine nach-Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Revolverkopfhälfte sinnvollerweise nur Werkzeugaufnahmen für Innen- (8) und die andere Hälfte nur für Außendrehwerkzeuge (7) besitzt, wobei'Innendrehwerkzeuge in einer Reihe parallel und Auendrehwerkzeuge ungefähr senkrecht zur Arbeitsspindelachse laufen, somit voneinander wegweisen und unabhängig voneinander einsetzbar sind, wobei die Außenbearbeitungswerkzeuge beim Arbeitseinsatz eines dieser der Arbeitsspindelachse näher liegen.
4. Revolverautomat bzw. NC-Drehmaschine nach Anspruch 1 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß jedem Innen- (8) ein frei wählbares Außenwerkzeug (7), oder umgekehrt, in die gleiche Arbeitsebene zugeschaltet werden kann, beide sind dann in dieser Schaltlage frei einsetzbar, d.h., beim stetigen Wechsel von Innen- zu Außendrehwerkzeugen kann die werkzeugbereitstellende Revolverschaltung für das nächste Werkzeug bereits während des Arbeitseinsatzes des einen Werkzeuges. erfolgen.
5. Revolverdrehautomat bzw. NCDrehmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Spannmittelkörper zur Werkzeughalterbefestigung in einer oder mehreren Revolverkopfstellungen sich fluidisch oder fluidisch/mechanisch in automatischer oder halbautomatischer Weise zur Werkzeugspannung und Werkzeugentspannung ansteuern läßt und somit das automatische Auswechseln von Werkzeugen ermöglicht, wobei nach Ablauf der programmierten Werkzeugstandzeit von der NC-Steuerung ein vorbereitetes Unterprogramm aktiviert wird, das die eine Revolverkopfhälfte in die festgelegte Revolverkopfstellung schaltet und die Uerfahranweisung des aktiven NC-Satzes für die arbeitende andere Revolverkopfhälfte parallel zu der separat laufenden Werkzeugwechseleinrichtung ausgibt, damit parallel zu der arbeitenden einen Revolverkopfhälfte an der anderen der Werkzeugwechsel vollzogen werden kann, ohne daß ein Maschinenstillstand, d.h. ,!eb2nzeit entsteht.
6. Revolverdrehautomat/NC-Drehmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Revolverkopfhälfte mit einer oder mehreren Meßstationen ausgerüstet ist, dadurch ermöglicht, daß die exakte Revolverkopffixierunn für beide Revolverkopfhälften in der gemeinsamen Genauigkeits-Stirnverzahnung (10) liegt und somit eine größtmöglichste P}e[3qonjuickeit erzeugt, die bereits während des Arbeitseinsatzes des Werkzeuges der einen Revolverk9pf10ilfte des i'erkstück prült, wobei außer den Werkstückmaßen auch Werkzeuge der anderen Revolverkopfhälfte mit einer Zusatzbewegung auf Funktionsfähigkeit abgetastet werden können.
7. Revolverdrehautomat bzw. NC-Drehmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine oder beide Revolverkopfhälften mit je einem rotierenden Antrieb versehen sind, der meist programmierbar ist, der es rlnut, rotierende Werkzeuge zur Werkstückbearbeitung bei stehender oder laufender Arbeitsspindel und der dazugehörigen Vorschubkompensation zur Relativdrehzahl einzusetzen. Zusätzlich kann eine Werkstückgreif- und eine Werkstückspanneinrichtung eingesetzt werden, die das Werkstück von der Arbeitsspindel abgreift und wendet, dann in eine Revolverstation zur Nachbearbeitung einspannt, anschließende wird mit dem rotierenden Revolverantrieb das Werkstück in Umlauf gebracht und im Vorschub gegen einen feststehenden Werkzeugsatz zugeführt, wobei eine rückseitige Werkstückbearbeitung erfolgt.

8, Revolverdrehautomat bzw. NC-Drehmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Maschinenausrüstung aus zwei Revolvereinheiten besteht, wobei beide oder nur einer radial zweigeteilt ist.