DE3544191A1

DE3544191A1 - Werkzeug mit drehmomentveraenderlichem antrieb fuer automatische bearbeitungszentren

Info

Publication number: DE3544191A1
Application number: DE19853544191
Authority: DE
Inventors: Angel Toronto Ontario Kocev; Kenrick B. Brampton Ontario Maharaj; John S. Schoemberg Ontario Malcolm; Kenneth J. Toronto Ontario Palfery
Original assignee: McDonnell Douglas Corp
Current assignee: McDonnell Douglas Corp
Priority date: 1984-12-14
Filing date: 1985-12-13
Publication date: 1986-06-26
Also published as: JPS61192426A; IT8523193A0; US4574463A; IT1200878B

Description

Beschreibung ^"'

Die Erfindung betrifft im allgemeinen Werkzeuge, die in einem automatischen BearbeitungsZentrum gespeichert sind und wahlweise hervorgeholt werden, um ein Werkstück zu ° bearbeiten, und insbesondere betrifft sie ein automatisches Bearbeitungszentrum mit einem Werkzeug mit drehmomentveränderlichem Antrieb, das vom automatischen Bearbeitungszentrum mit einer feststehenden Drehzahl angetrieben wird und eine Kupplungseinrichtung aufweist, welche das Werkzeug mit drehmomentveränderlichem Antrieb von seinem Antrieb löst, wenn ein vorgewähltes Drehmoment erreicht ist.

Automatische BearbeitungsZentren sind in der Technik bekannt, die mehrere spanabhebende oder Schnitt-Funktionen wie Eräsen, Bohren, Gewindeschneiden, Gewindebohren usw. an einem Werkstück ausführen. Diese Maschinen weisen normalerweise ein Werkzeugmagazin oder einen Werkzeugrevolver auf, 'in dem zahlreiche spanabhebende oder Schneidwerkzeuge montiert sind, um viele Funktionen der Werkzeugmaschine durchführen zu können. Der Werkzeughalter ist meist eine drehbare Werkzeugspindel, die in einem Bohrkopf eingespannt ist und verstellbar an einer senkrechten Säule oder Pinole zur Ausführung von senkrechten Bewegungen montiert ist.

Die Werkzeugspindel ist gegenüber der Pinole drehbar gelagert und gegenüber dem Bohrkopf axial beweglich angeordnet. Außerdem ist das Werkstück an einem Werkstücktisch "Ο befestigt, der in einer waagrechten Ebene x-y verfahrbar ist, und viele Stellungen zur Durchführung verschiedenster spanabhebender Arbeitsgänge zu schaffen.

Die Bearbeitung wird durch die Werkzeugspindel durchgeführt, die drehbar in einen Spindelkopf eingespannt ist und senkrecht gegenüber dem Werkstück verfahren werden kann. Eine Präzisionsbearbeitung wird durchgeführt, so

. οι daß die Lage eines Lochmittelpunktes genau gegenüber der Achse der Werkzeugspindel und der kombinierten Bewegung des Werkstücktisches in seiner waagrechten Ebene bestimmt werden kann. Während der Bearbeitung dreht sich die Spindel mit einer vorgegebenen Drehzahl und wird durch den Bohrkopf an der Pinole mit einer bestimmten Vorschübgeschwindigkeit nach unten verfahren. Das spanabhebende oder Schneidwerkzeug ist lösbar ist einem Spannfutter montiert, das vom unteren Ende der Werkzeugspindel getragen wird und ein Teil von ihr bildet. Außerdem dient eine Werkzeugwechseleinrichtung dazu, das gebrauchte Werkzeug vom Spannfutter am Ende eines Bearbeitungsvorgangs herauszunehmen und es gegen ein gewähltes neues Werkzeug automatisch zu ersetzen, wobei der Zeitverlust, der mit dem Werkzeugwechsel von Hand verbunden ist, entfällt.

Alle diese Maschinenfunktionen werden schnell und zweckdienlich ausgeführt, um den höchsten Wirkungsgrad der Werkzeugmaschine zu erzielen. Die automatische Steuerung der Werkzeugmaschine erfolgt durch eine numerische Steuerung, die von einem Lochstreifen oder einer anderen Speichervorrichtung gesteuert wird, die den Werkstücktisch regelt, um die Stellung eines zu bearbeitenden Mittelpunktes gegenüber der Achse des Werkzeuges festzulegen, die Spindeldrehzahl und die Spindelvorschubgeschwindigkeit an der Pinole automatisch zu wählen und andere Bearbeitungsfunktionen durchzuführen.

Für normale Bearbeitungsgänge muß das Werkstück am Werkstücktisch richtig befestigt sein. Dies erfordert meist ein Aufspannen des Werkstückes von Hand vor Beginn der Bearbeitung und das Ausspannen des Werkstücks nach der Bearbeitung. Es wäre wünschenswert, wenn eine automatisehe Werkzeugmaschine die Möglichkeit hätte, das Werkstück auf den Werkstücktisch ohne menschlichen Eingriff in einen laufenden Maschinenzyklus aufzuspannen und es

. 6-

vom Werkstücktisch nach der Bearbeitung zu lösen.

Erfindungsgemäß wird ein Werkzeug mit drehmomentveränderlichem Antrieb für herkömmliche automatische Werkzeugmaschinen geschaffen. Dieses Werkzeug mit drehmomentveränderlichem Antrieb kann in der automatischen Werkzeugwechseleinrichtung der Maschine gespeichert, ausgegeben und in die Spindel eingesetzt werden. Sie weist eine Kupplung auf, so daß das Werkzeug aus der Spindel bei einem bestimmten Drehmoment ausgespannt werden kann. Damit kann das Werkzeug mit drehmomentveränderlichem Antrieb dazu benutzt werden, ein Werkstück an den Werkstücktisch mit Hilfe der drehbaren Spindel festzuschrauben.

Somit wird erfindungsgemäß ein automatisches Bearbeitungs-zentrum mit einem Werkzeug mit drehmomentveränderlichem Antrieb geschaffen,gekennzeichnet durch: einen Rahmen, einen beweglichen, mit dem Rahmen verbundenen Werkstücktisch, der ein Werkstück trägt und in Längssowie. Querrichtung verfahrbar ist, um das Werkstück an einem gewünschten Punkt in einer waagrechten Ebene zu positionieren, eine drehbare mit dem Rahmen verbundene Spindel, die am Rahmen senkrechte Bewegungen ausführen kann, um ein spanabhebendes oder Schneidwerkzeug zu tragen und mit einer vorgegebenen Drehzahl zu drehen, um das Werkstück zu bearbeiten, eine mit dem Rahmen verbundene Werkzeugwechseleinrichtung, um Werkzeuge zu speichern und das in der Spindel eingespannte Werkzeug gegen eines aus vielen verschiedenen in der Wechseleinrichtung gespeicherten Werkzeuge auszutauschen, ein Werkzeug mit drehmomentveränderlichem Antrieb, das in der Werkzeugwechseleinrichtung gespeichert und durch die Spindel gedreht werden kann, so daß es von der Spindel freigegeben wird, wenn ein vorgegebenes Drehmoment auf sie wirkt, eine programmierbare Steuereinrichtung, welche den beweglichen Werkstücktisch, die Spindel, die Werkzeugwechsel-

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einrichtung und das Werkzeug mit drehmomentveränderlichem

Antrieb zur automatischen Befestigung und Lösung des Werkstücks vom Werkstücktisch während der Bearbeitung steuert.
5.

Erfindungsgemäß ist auch ein Werkzeug mit drehmomehtveränderlichem Antrieb zum Einsatz bei einer automatischen Werkzeugmaschine vorgesehen, gekennzeichnet durch: ein von der Spindel getragener und gedrehter Werkzeugkopf, eine verstellbare mit dem Werkzeugkopf verbundene Drehmomentlösevorrichtung, einen mit der Drehmomentlösevorrichtung verbundenen und von ihr gedrehten Mitnehmer, der einen Bolzen oder eine Schraube trägt und verschraubt sowie eine Vorspanneinrichtung, welche die verstellbare Drehmomentlöseeinrichtung in Eingriff mit den durch sie anzutreibenden Werkzeugkopf drückt, so daß die Drehmomentlösevorrichtung gleitet und vom Werkzeugkopf gelöst wird, wenn das an der Schraube aufgebrachte Drehmoment größer ist als die Kraft der Vorspanneinrichtung.

Die Erfindung ist nachstehend näher erläutert. Alle in der Beschreibung enthaltenen Merkmale und Maßnahmen können von erfindungswesentlicher Bedeutung sein. Die Zeichnungen zeigen:

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht der erfindungsgemäßen automatischen Werkzeugmaschine.

Fig. 2 eine perspektivische Ansicht des erfindungsgemäßen Werkzeugs mit drehmomentveränderlichem Antrieb.

Fig. 3 einen Schnitt durch das Werkzeug mit drehmomentveränderlichem Antrieb.

Fig. 1 zeigt ein automatisches BearbeitungsZentrum 5. Dieses weist im allgemeinen einen Rahmen 12 auf, auf dem ein bewegliches Maschinenbett 14 angeordnet ist, das sich in einer waagrechten Ebene in Längs- und Querrichtung bewegt. Auf dem Bett 14 ist ein langer drehbarer Werkstücktisch 16 montiert, der an jedem Ende drehbar in einem Träger 18 und

BAD ORIGINAL

. ΟΙ 20 gelagert ist, so daß er durch einen Antriebsmotor 22 um seine waagrechte Achse gedreht werden kann. Der Werkstücktisch ist lang ausgestaltet, um die Bearbeitung großer Teile zu ermöglichen. Eine Hydraulikbremse 24 ist auf einem Träger 20 montiert und hält mittels Reibungsbremsung die Drehung des Werkstücktisches 16"an einer gewünschten Stelle an. Die Drehung des Werkstücktisches um seine waagrechte Achse ermöglicht es, genaue Winkelschnitte an einem Werkstück gegenüber der senkrechten Achse eines spanabhebenden oder Schneidwerkzeugs durchzuführen. Ein Werkstück 32 kann durch Drehung des Werkstücktisches 16 gleichzeitig mit der Bewegung x-y des Tisches in seiner waagrechten Ebene bearbeitet werden. Ein Antriebskopf 26 ist am Rahmen 12 montiert und wird mit einer nicht gezeigten, doch allgemein bekannten Pinole in senkrechter Richtung verfahren. Am Ende des Antriebskopfes 26 befindet sich eine Spindel 28, welche ein spanabhebendes oder Schneidwerkzeug 30 hält. Der Antriebskopf .26 dreht die Spindel 28 und das Schneidwerkzeug 30 mit einer feststehenden Drehzahl, um das auf dem Werkstücktisch 16 montierte Werkstück 32 spanabhebend zu bearbeiten. Ein Werkstückwechselrevolver 34 wird ebenfalls vom Rahmen 12 nahe dem Bohrkopf 26 getragen und speichert viele verschiedene Schneidwerkzeuge, die in die Spindel 28 eingespannt werden können, um verschiedene Bearbeitungsgänge am Werkstück 32 vorzunehmen. Wenn das Schneidwerkzeug ausgewechselt werden soll, um eine andere Art von Bearbeitung vorzunehmen, löst ein Werkzeugwechselarm 36 das Werkzeug 30 aus der Spindel 28, führt das gebrauchte Werkzeug zum Werkzeugwechselrevolver 34 zurück, entnimmt diesem ein neues Werkzeug und setzt es in die Spindel 28 ein, um einen neuen Bearbeitungsgang durchzuführen.

Die verschiedenen automatischen Bearbeitungsfunktionen und die genaue Ausrichtung der automatischen Werkzeugmaschine 5 werden durch eine programmierbare Steuereinrichtung 38 gesteuert. Die programmierbare Steuerein-

richtung 38 kann eine, numerische Steuerung sein, deren Programm auf einem Lochstreifen oder einer anderen Speichervorrichtung gespeichert ist. Die programmierbare Steuereinrichtung 38 steuert außer anderen Funktionen, die nachstehend näher erläutert werden, die Bewegung des Werkstücktisches 16 in einer waagrechteh Ebene, die Drehung des Werkstücktisches 16 um seine waagrechte Achse, die Drehzahl der Spindel 28 und den automatischen Betrieb des Werkzeugwechselarms 36, um ein Werkzeug auf der Spindel.28 zu lösen und es gegen ein im Werkzeugwechselrevolver 34 gespeichertes Werkzeug auszutauschen.

In Fig. 2 ist ein Werkzeug mit drehmomentveränderlichem Antrieb 40 gezeigt, das in den Werkzeugwechselrevolver 34 paßt und von der Spindel 28 getragen wird. Wenn das von der programmierbaren Steuereinrichtung 38 gesteuerte Werkzeug mit drehmomentveränderlichem Antrieb aus dem Werkzeugwechselrevolver 34 genommen und in die Spindel 28 eingespannt wird, bewegt sich der Werkstücktisch 1 6, * in eine Stellung, in der Schrauben 42 an seiner Oberfläche gespeichert sind, und das Werkzeug mit drehmomentveränderlichem Antrieb 40 wird durch den Antriebskopf 26 herabgefahren, wobei es die Schraube 42 ergreift und dann die Spindel 28 dreht, um die Schraube 42 aus dem Werkstücktisch herauszuschrauben. Der Werkstücktisch 16 bewegt sich dann in eine Stellung, in der die Achse der vom Werkzeug 40 gehaltenen Schraube 42 senkrecht mit den vorher gebohrten öffnungen 44 im Werkstück 32 fluchtet.

Der Bohrkopf senkt dann das Werkzeug 40 ab, um die Schraube in die öffnung 44 einzuführen, und die Spindel 28 dreht den drehmomentveränderlichen Schraubendreher 42, wobei die Schraube angezogen wird, um das Werkstück für die Bearbeitung am Werkstücktisch zu befestigen. * von der Steuereinrichtung gesteuert

Das Werkzeug mit drehmomentveränderlichem Antrieb 40 der Fig. 3 weist eine geschlitzte Stahlmuffe 50 auf sowie einen sechseckigen Mitnehmer 52, die beide an der ver-

stellbaren Drehmomentlösevorrichtung 54 befestigt sind. Die geschlitzte Stahlmuffe soll einen Schraubenkopf 42 greifen, der den sechseckigen Mitnehmer 52 aufnehmen soll. Das Drehmoment wird durch eine verstellbare Muffe 56 gesteuert, welche eine Feder 58 komprimiert, um die verstellbare Drehmomentlösevorrichtung 54 in Eingriff mit einem Werkzeugkopf 60 zu drücken. Der Werkzeugkopf 60 ist in eine Spindel 28 eingespannt und wird mit einer feststehenden Drehzahl gedreht. Die Vorspannfeder 58 übt eine Kraft auf einen Sprengring 62 aus, welcher ein Lager 64 trägt. Die Kraft der Feder 58 bewirkt, daß das Lager 6 4 in eine dreieckige Nut 66 der Drehmomentlösevorrichtung 54 hineinpaßt. Die Vorspannung des Lagers 6 4 in der Nut 66 bewirkt, daß die Drehmomentlösevorrichtung 54 sich mit dem Werkzeuqkopf 60 dreht. Wenn das an der Schraube aufgebrachte Drehmoment größer ist als die Vorspannung der Feder 58, wird diese durch die Drehmomentlösevorrichtung 54 komprimiert und bewirkt, daß das Lager 64 aus der Nut 66 herausgleitet und die Vorrichtung 54 vom Werkzeugkopf 60 löst. Der Werkzeugkopf 60 dreht sich weiter mit der Spindeldrehzahl, jedoch wird kein zusätzliches Drehmoment an der Schraube wegen des Gleitens oder des Schlupfs der Drehmomentlösevorrichtung 54 aufgebracht. Die Schrauben können vom Werkstück durch Umkehr des Antriebs der Spindel 28 entfernt werden.

Außer dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel sind noch weitere möglich, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.

Claims

Patentansprüche

T. Automatisches Bearbeitungszentrum mit einem Werkzeug mit drehmomentveränderlichem Antrieb, gekennzeichnet durch:

*■■.,.

a) einen Rahmen (12), - ■

b) einen beweglichen mit dem Rahmen (12) verbundenen Werkstücktisch (16), der ein Werkstück (32) trägt und in Längs- sowie Querrichtung beweglich ist, um das Werkstück (32) an einem gewünschten Punkt in einer waagrechten Ebene zu positionieren,

c) eine drehbare mit dem Rahmen (12) verbundene Spindel (28), die an diesem senkrechte Bewegungen ausführt, um ein Schneidwerkzeug (30) zu tragen und mit einer vorgegebenen Drehzahl zu drehen, um das Werkstück (32) zu bearbeiten,

d) eine mit dem Rahmen (12) verbundene Werkzeugwechseleinrichtung, welche Werkzeuge (30) speichert und das

. in der Spindel (28) eingespannte Werkzeug (30) ge- * gen eines aus einer Vielzahl von verschiedenen der \ , Werkzeugwechseleinrichtung (34) gespeicherten Werk- " zeugen (30) austauscht,

e) ein Werkzeug mit drehmomentveränderlichem Antrieb (40), das in der Werkzeugwechseleinrichtung (34) gespeichert und durch die Spindel (28) gedreht wird, so daß es (40) von der Spindel (28) gelöst wird, wenn ein vorgewähltes Drehmoment wirkt,

f) eine programmierbare Steuereinrichtung (38), welche Werkstücktisch (16), die Spindel (28), die Werkzeug-Wechseleinrichtung (34) und das Werkzeug mit drehmomentveränderlichem Antrieb (40) zum automatischen Aufspannen und Lösen des Werkstücks (32) vom Werkstücktisch (16) während der Bearbeitung steuert.
2. Automatisches Bearbeitungszentrum nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Werkzeug mit drehmomentveränderlichem Antrieb (40) Schrauben (42) in das Werk-

ORIGINAL INSPECTED

' Αι stück (32) verschraubt, um das Werkstück (32) am Werkstücktisch (16) zu befestigen, und die Schrauben (42) entfernt, um das Werkstück (32) vom Werkstücktisch (16) nach der Bearbeitung zu lösen.
3. Automatisches BearbeitungsZentrum nach Anspruch' 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Werkzeug mit drehmomentveränderlichem Antrieb (40) im allgemeinen folgende Baugruppen aufweist:

a) einen von der Spindel (28) getragenen und gedrehten Werkzeugkopf (60),

b) eine verstellbare mit dem Werkzeugkopf (60) verbundene Drehmomentlöseeinrichtung (54),

c) einen Mitnehmer (52), welche einen oder eine mit der verstellbaren Drehmomentlöseeinrichtung (54)

verbundenen Bolzen oder verbundene Schraube (42) - trägt und dadurch verschraubt,

d) eine Vorspanneinrichtung (58) , welche die Drehmoment-. löseeinrichtung (54) in Eingriff mit dem Werkzeugkopf (60) drückt, der dadurch angetrieben wird, so daß die Drehmomentlöseeinrichtung (54) schlüpft und sich vom Werkzeugkopf (60) löst, wenn das an der Schraube (42) aufgebrachte Drehmoment größer ist als die Kraft der Vorspanneinrichtung (58).
4. Drehmomentveränderlicher Antrieb für eine automatische Werkzeugmaschine, gekennzeichnet durch:

a) einen von der Spindel (28) getragenen und gedrehten Werkzeugkopf (60),

b) eine mit dem Werkzeugkopf (60) verbundene verstellbare Drehmomentlöseeinrichtung (54),

c) einen Mitnehmer (52) , der eine mit der Drehmomentlöseeinrichtung (54) getragene und gedrehte Schraube (42) drehend mitnimmt,

d) eine Vorspanneinrichtung (58) , um die Drehmomentlöseeinrichtung (54) in Eingriff mit dem Werkzeugkopf (60) zu drücken und dadurch angetrieben zu werden,

so daß die Drehmomentlöseeinrichtung (54) schlüpft und vom Werkzeugkopf (60) gelöst wird, wenn das an der Schraube (42) aufgebrachte Drehmoment größer ist als die Kraft der Vorspanneinrichtung (58).