DE3620898C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schutzeinrichtung nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Im Bereich der Fertigungstechnologien, bei denen man sich der bekannten Werkzeugmaschinensysteme bedient, nimmt der Einsatz von sogenannten flexiblen Fertigungssystemen einen immer größeren Platz ein. Im Rahmen einer weiter fortschreitenden Automation der Produktion im Maschinenbau ist dies ein wettbewerbsfähiger Weg, der zur Senkung der Rüstzeiten und damit Erhöhung der Produktivität und Qualität, Erhöhung der Verfügbarkeit und damit Reduzierung der Abhängigkeit von Personal beiträgt sowie weitere Vorteile zur Folge hat. Den kritischen Fragen der Wirtschaft­ lichkeitskontrolle halten solche flexiblen Einrichtungen aber nur stand, wenn die an sie gestellten Aufgaben mit einem Mindestmaß an Aufwand lösbar sind.

So sind beispielsweise für die Bearbeitung verschiedenartig gewölbter Oberflächen von Werkstücken mehr oder weniger großdimensionierte Fräs­ werke im Einsatz, bei denen dem eigentlichen Fräswerkzeug insgesamt fünf Bewegungsachsen vorgeschaltet sind, die Translations- oder Rota­ tionsbewegungen zulassen. Damit kann das eigentliche Werkzeug in jede beliebige relative Lage zu der Oberfläche des Werkstückes gebracht wer­ den, um so die gewünschte Bearbeitung vorzunehmen.

Bei Fräswerken ist es dabei geläufig, den dem Werkzeugaufnahmekopf vorgeschalteten Baueinheiten sich überlagernde Translationsbewegungen zuzuschreiben, während der Werkzeugaufnahmekopf in seiner Halterung über eine Drehachse gelagert ist und selbst wiederum die Drehachse bil­ det für den entsprechend gelagerten eigentlichen Werkzeugträger.

Eine solchermaßen gestaltete Werkzeugmaschine ist durch einen ausge­ sprochen hohen Herstellungsaufwand bestimmt. Soll nun ihr Einsatz auf jeden Fall innerhalb der Rentabilitätsgrenze erfolgen, so ist anzustreben, insbesondere den Aufwand zum Rüsten für einen bestimmten Fertigungsauftrag minimal zu halten. Da solche Werkzeugmaschinen in der Regel auch NC-gesteuert sind, kommt gerade diesem Bereich eine besondere Bedeutung zu.

Der auf die eigentliche Oberflächenbearbeitung gerichtete Komplex der NC-Programmierung läßt sich meist auf kostenmäßig vertretbare Weise realisieren. Bei der Werkstückbearbeitung treten aber weitere Probleme dahingehend auf, daß gerade bei entsprechend gestalteten Werkzeugaufnahmeköpfen mit einer großen Anzahl von Bewegungsfreiheits­ graden in Zusammenhang mit einem zu bearbeitenden Werkstück mit nicht gerade einfachen Oberflächenkonturen, wobei dieses auch noch durch entsprechende Spannmittel gehalten werden muß eine nicht vorhersehbare Kollisionsgefahr der vorgenannten Bauteile während des Bearbeitungs­ prozesses gegeben ist. Kommt es dann zu einer Kollision zwischen Werk­ zeugaufnahmekopf mit Bereichen des Werkstückes oder dessen Spannmitteln, so sind unter Umständen große Beschädigungen die Folge.

Um dies zu verhindern wären eigentlich zusätzliche umfangreiche Kolli­ sions-Untersuchungen in der NC-Programmierung erforderlich, die aber den Aufwand zum Rüsten der Werkzeugmaschine für einen Auftrag in ge­ gebenenfalls unannehmbare Höhe treiben würden.

Aus der DE-OS 22 02 449 ist weiterhin ein Spanschutz für Werkzeug­ maschinen bekannt geworden, der gegen durch die Bearbeitungsvorgänge von einem Werkstück abgehobenen Späne abschirmt und diese auffängt und zur Beseitigung fortleitet, wobei dieser Spanschutz in der Weise automa­ tisch gesteuert wird, daß Änderungen in seiner Stellung zum Werkzeug ausgeglichen werden. Mit diesem Spanschutz wird eine relativ weiträumige Umschließung des Raumbereiches zwischen einem Spindelstock und einem Werkstück bewirkt. Vorkehrungen, die einen Kollisionsschutz des Werk­ zeugaufnahmekopfes gegenüber dem Werkstück oder dessen Spannmitteln bewirken könnten, sind dabei nicht getroffen. Ebensowenig kann die Fühler-Steuerung des Spanschutzes irgendeinen Einfluß auf die eigent­ liche Werkzeugmaschinensteuerung nehmen.

Die nachveröffentlichte DE-OS 35 26 633 schließlich beschreibt eine Schutzeinrichtung einer Zustelleinheit, beispielsweise einer Pinole einer Meßmaschine oder eines Armes einer Montagemaschine, deren Mantel von einem federnd aufgehängten Schutzschild umgeben ist. Dieses ist über mehrere, als Sensoren wirkende Elemente am Mantel abgestützt, so daß bei einer den Zwischenraum zwischen dem Schutzschild und dem Mantel verkleinern­ den Relativbewegung des Schutzschildes über eine Kopplung mit der Ma­ schinenantriebssteuerung ein sofortiges Abschalten oder Umschalten des Pinolenantriebes herbeiführbar ist.

Eine geeignete Schutzeinrichtung für über Drehgelenke bewegbare Frässpindelkopfeinheiten eines mit einer Anzahl von Bewegungsachsen versehenen Fräswerkes ist mit diesem Stand der Technik nicht offenbart.

Der vorliegenden Erfindung liegt demzufolge die Aufgabe zugrunde, eine kostengünstige und wirksame Maßnahme zu ergreifen, mit der einer unbeab­ sichtigten Kollision zwischen über Drehgelenke bewegbare Frässpindelkopfeinheiten eines mit einer Anzahl von Bewegungsachsen versehenen Fräswerkes und Bereichen des Werkstückes bzw. dessen Spannmitteln stets sicher vorgebeugt werden kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einer gemäß den Merkmalen des Patentanspruches 1 gestalteten Schutzeinrichtung gelöst. Die wesent­ lichen Vorteile sind darin zu sehen, daß ein mechanischer Eingriff in das Fräswerk selbst, das heißt insbesondere in einen 2-Achsenfräskopf, ent­ behrlich wird und der konstruktive und somit auch kostenmäßige Aufwand für die Schutzmaßnahme ausgesprochen gering anzusetzen ist. Mit der aufgezeigten Maßnahme können auch umfangreiche Kollisions-Untersuchungen in der NC-Programmierung entfallen oder doch zumindest auf ein Mindestmaß reduziert werden. Damit geht auch eine Erweiterung des Einsatzgebietes des so ausgestatteten Fräswerkes einher, da die nunmehr vorliegende Kosten-Nutzen-Relation auch Aufträge zur Bearbeitung zuläßt, für die insbesondere der programmtechnische Aufwand ansonsten unan­ gemessen hoch gewesen wäre. Weitere Vorteile lassen sich aus den Unter­ ansprüchen ableiten.

In der Zeichnung ist die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen dargestellt. Dabei zeigt

Fig. 1 ein Fräswerk mit einem gemäß der Erfindung ausgestatteten 2-Achsenfräskopf,

Fig. 2 eine vergrößerte Darstellung des als Gabelkopf ausgeführten 2-Achsenfräskopfes,

Fig. 3 eine weitere Ansicht der Ausführung nach Fig. 2,

Fig. 4 einen als Universalwinkelfräskopf ausgeführten 2-Achsenfräskopf mit einer zweigeteilten Abdeckhaube und

Fig. 5 eine weitere Ansicht der Ausführung nach Fig. 4.

In Fig. 1 ist ein erfindungsgemäß ausgestattetes Fräswerk 1 gezeigt. Auf einem Bett 2 ist ein ein Werkstück (nicht dargestellt) auf­ nehmender Tisch 3 gelagert und dabei in Vorschubrichtung (Pfeil 4) translatorisch bewegbar. Die Einrichtungen (Hydraulik, Stellmotoren usw.) zur Durchführung dieser Bewegungen (z. B. Eilgang, stufenloser Vorschub usw.) sind der Einfachheit halber hier nicht dargestellt.

Dem Tisch 3 ist ein Ständer 5 zugeordnet, der in etwa die Gestalt einer Säule mit rechteckigem Querschnitt besitzt. Eine Seitenfläche dieses Ständers ist dabei als Gleitfläche 6 ausgeführt, auf der ein Quer­ schlitten 7 mittels entsprechender Führungseinrichtungen 8, die hier aber im Detail nicht näher dargestellt sind, in Vertikalrichtung (Pfeil 9) bewegbar ist.

Der Querschlitten 7 dient der Aufnahme eines Frässpindelschlittens 10, der darauf wiederum mittels geeigneter Führungseinrichtungen translato­ risch und dabei quer zur Vorschubrichtung 4 bewegbar ist (Pfeil 13). Der Frässpindelschlitten 10 trägt einen Antriebsmotor 14 mit einem entsprechend ausgestalteten Getriebe zur Erzielung vorgebbarer Spindel­ drehzahlen. Über eine flexible Kabelführung 15, die den Bewegungen des Frässpindelschlittens 10 folgen kann, führen zu diesem eine Anzahl elektrischer Versorgungsleitungen 16, die die notwendige elektrische Energie für die Bearbeitungsvorgänge sowie die steuerungstechnischen Stellbefehle übertragen.

Am unteren Ende des Frässpindelschlittens 10 und dort mittels Dreh­ gelenk 17 um eine Vertikalachse 19 drehbar gelagert, ist ein Frässpindel­ kopf 18 vorgesehen und dem das Werkstück tragenden Tisch 3 zugeordnet. Der Frässpindelkopf 18 ist dabei als Gabelkopf ausgeführt, wobei nähere Einzelheiten aus den Fig. 2 und 3 hervorgehen.

Dort ist zunächst das untere Ende des Frässpindelschlittens 10 erkenn­ bar, an den sich das bereits erwähnte Drehgelenk 17 anschließt.

An diesem ist eine Gabel 20 angeflanscht, an der im Bereich der Gabelöffnung ein weiteres Drehgelenk 21 zur Aufnahme eines Gabelkopfes 22 vorgesehen ist. Dieser weist an seinem unteren Ende die entsprechen­ den Einrichtungen 23 zum Einsetzen des Fräswerkzeuges (nicht darge­ stellt) auf. Der Gabelkopf 22 ist somit um eine horizontale Achse 24 schwenkbar, wobei, wie aus den gestrichelt dargestellten End­ positionen (Fig. 3) erkennbar, etwa ein Schwenkbereich von 210° (Pfeil 25) erzielbar ist.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist nun nahezu die gesamte Gabel 20, insbesondere der untere, dem Werkstück zugewandte Bereich von einer Abdeckhaube 26 überdeckt, die lediglich im Bereich des Gabelkopfes 22 eine Aussparung 12 aufweist, um dessen Bewegungs­ spielraum nicht zu behindern. Die Abdeckhaube 26 sollte aus relativ hartem aber nicht sprödem Material bestehen, um einerseits durch Kolli­ sionen mit Bereichen des Werkstückes oder dessen Spannmitteln sich ergebende Druckkräfte an Sensoren 27 übertragen zu können, ohne dabei selbst durch diese Kollisionsstöße wesentlichen Schaden zu nehmen. Als Werkstoff käme sowohl eine Metallblech aber auch beispielsweise Plexiglas in Frage. Die Sensoren 27 sind auf Druckkräfte ansprechend ausgeführt und in vorzugsweise gleichmäßigen Abständen auf der Gabel 20 angeordnet. Die Abdeckhaube 26 ist einteilig ausgeführt und derart bemessen, daß über die gesamte Oberfläche der Gabel 20 ein in etwa gleichbleibender Abstand 28 eingehalten werden kann.

Die Sensoren 27 sind über hier nicht näher dargestellte Leitungsver­ bindungen mit automatischen Endschaltern verbunden, die bei entsprechen­ der Signalübertragung, das heißt bei Auftreten eines Kollisionsfalles (Druckkräfte über Abdeckhaube auf die Sensoren wirkend) den Antrieb des Fräswerkes 1 augenblicklich stillsetzen. Damit wird eine Kollision zwischen Werkstück bzw. dessen Spannmittel und dem eigentlichen Fräs­ spindelkopf 18 sicher verhindert.

Die Fig. 4 und 5 letztlich zeigen eine weitere Ausführungsform eines Frässpindelkopfes 29. Dieser ist dabei als Universalwinkelfräs­ kopf ausgeführt. Auch hier ist wiederum das untere Ende des Frässpindel­ schlittens 10 erkennbar, an dem mittels Drehgelenk 30 um die Vertikalachse 19 bewegbar eine Winkelkopfhalterung 31 angeflanscht ist. Diese Winkelkopfhalterung 31 weist eine gegen die Vertikale um etwa 45° geneigte Schräge 32 auf, an der ein Winkelfräskopf 33 um eine geneigte Drehachse 34 mittels Drehgelenk 37 drehbar ist. Der Winkelfräskopf 33 trägt an seinem unteren Ende wiederum die Einrichtung 23 zur Aufnahme des eigentlichen Fräswerkzeuges.

Sowohl die Winkelkopfhalterung 31 als auch der Winkelfräskopf 33 sind insbesondere an den kollisionsgefährdeten Bereichen mit jeweils einer Abdeckhaube 35, 36 versehen. Dabei wird wieder ein etwa gleichbleibender Abstand 28 zwischen der Innenfläche der jeweiligen Abdeckhaube 35, 36 und dem zweiteiligen Frässpindelkopf 29 eingehalten. Bezüglich der an­ geordneten Sensoren 27 sowie bezüglich weiterer Einzelheiten gelten die bereits zu den Fig. 2 und 3 gemachten Ausführungen.

Die Erfindung schließt selbstverständlich auch konstruktive Abwandlungen der Abdeckhauben ein, die aufgrund von Anpassungen an eventuelle andere Formen von Frässpindelköpfen notwendig werden. Die Abdeckhaube sollte demontierbar sein, um eventuell sich ansammelnde Verschmutzungen beseitigen zu können.

Um solchen Verschmutzungen gegebenenfalls vorbeugen zu können, wäre anstatt einer geschlossenen Abdeckhaube auch die Verwendung eines Drahtgitter­ gewebes denkbar, mit dem die Druckkräfte auf die Sensoren übertragen werden. Ebenso ist denkbar und im Rahmen der Erfindung, die Registrie­ rung und Weiterleitung der bei einer Kollision der Abdeckhaube mit dem Werkstück oder dessen Spannmitteln auftretenden Stöße auf andersartig aufgebauten bzw. wirkenden Sensoren zu bewerkstelligen.

Claims (4)

1. Schutzeinrichtung für über Drehgelenke (17, 21, 30, 37) bewegbare Frässpindelkopfeinheiten (20, 22, 31, 33) eines mit einer Anzahl von Bewegungsachsen versehenen Fräswerkes (1), wobei sämtliche oder zumindest die gegenüber einem Werkstück und dessen Spannmitteln besonders kollisionsgefährdeten und ihnen zugewandten Frässpindelkopfeinheiten (20, 31, 33) jeweils mit einer formstabilen, sie mit geringem Abstand umschließenden und gegen das Werkstück und dessen Spannmittel abschirmenden Abdeckhaube (26, 35, 36) versehen sind, die mit auf Druckkräfte ansprechende Sensoren (27) ausgestattet ist, welche mit der Maschinenantriebs­ steuerung auf deren Schaltzustand beeinflussende Weise gekoppelt sind.

2. Schutzeinrichtung nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer an einem Frässpindelschlitten (10) drehbar gelagerten Gabel (20), an der im Bereich der Gabelöffnung ein weiteres Drehgelenk (21) zur Aufnahme eines Gabelkopfes (22) vorgesehen ist, der an seinem unteren Ende die Einrichtungen (23) zum Einsetzen eines Fräswerkzeuges aufweist, die Abdeckhaube (26) die Gabel (20) unter Einhaltung eines in etwa gleichbleibenden Abstandes (28) überdeckt und im Bereich des Gabelkopfes (22) eine Aussparung (12) aufweist.

3. Schutzeinrichtung nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer an einem Frässpindelschlitten (10) mittels Drehgelenk (30) um eine Vertikalachse (19) bewegbar angeflanschten Winkelkopfhalte­ rung (31), die gegenüber der Vertikalen eine um etwa 45° geneigte Schräge (32) aufweist, an der ein Winkelfräskopf (33) über ein wei­ teres Drehgelenk (37) befestigt ist und an seinem unteren Ende die Einrichtungen (23) zur Aufnahme des Fräswerkzeuges trägt, sowohl die Winkelkopfhalterung (31) als auch der Winkelfräskopf (33) je­ weils mit einer Abdeckhaube (35, 36) versehen sind, deren Innen­ flächen zu den Oberflächen von Winkelkopfhalterung (31) und Winkel­ fräskopf (33) einen in etwa gleichbleibenden Abstand (28) einhalten.

4. Schutzeinrichtung nach einem der Patentansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Abdeckhaube aus einem Gittergewebe mit offener Oberflächenstruktur aufgebaut ist.