DE3743091A1

DE3743091A1 - Spindle unit and device for breaking the edges of a workpiece

Info

Publication number: DE3743091A1
Application number: DE19873743091
Authority: DE
Inventors: Sigisbert Foehn
Original assignee: Schweizerische Industrie Gesellschaft
Current assignee: Schweizerische Industrie Gesellschaft
Priority date: 1987-01-30
Filing date: 1987-12-18
Publication date: 1988-08-11
Also published as: CH671177A5

Abstract

Mounted universally movably in a housing is a bearing body. In the bearing body, a shaft with a tool can be rotated. The body is centred by a number of pistons which are distributed uniformly over the circumference and acted upon with compressed air. In the centred central position of the bearing body, the pistons bear against stops fixed to the housing and against the bearing body. On deflection of the bearing body, at least one of the pistons lifts off from the stop and the opposite piston lifts off from the bearing body. It is thus brought about that the tool exerts a force on the machined workpiece which is independent of the exact position of the same. The spindle unit is suitable in particular for automatic edge breaking.

Description

Eine Spindeleinheit gemäss Oberbegriff des Anspruchs 1 ist aus der DE-OS 33 22 007 bekannt. In einem Lagerkörper ist eine Welle drehbar gelagert, die ein Fräswerkzeug trägt. Der Lagerkörper ist an seinem einen Ende axial verschieb bar in einem sphärischen Schwenklager zentriert. Der Aussen ring des Schwenklagers ist in einem Gehäuse befestigt. Am andern Ende ist der Lagerkörper gegenüber dem Gehäuse durch einen hohlen Gummiring zentriert. Der Innenraum des Gummi rings kann mit einem einstellbaren Druck beaufschlagt wer den, um die Federkonstante der Zentrierung einstellen zu können. Damit sollen Vibrationen und Unwuchten des Werkzeugs gedämpft und auf die Welle einwirkende Biegemomente absor biert werden. Es handelt sich bei dieser bekannten Ausfüh rung also um ein selbsteinstellendes Lager mit elastischer Zentrierung.A spindle unit according to the preamble of claim 1 known from DE-OS 33 22 007. Is in a bearing body a shaft rotatably supported, which carries a milling tool. The bearing body is axially displaced at one end centered in a spherical swivel bearing. The outside ring of the pivot bearing is fixed in a housing. At the at the other end, the bearing body is through to the housing centered a hollow rubber ring. The interior of the rubber rings can be pressurized with an adjustable pressure to adjust the spring constant of the centering can. This is intended to vibrate and imbalance the tool damped and absorbed bending moments on the shaft beers. This is the known version So a self-adjusting bearing with elastic Centering.

Bei der Herstellung spanabhebend bearbeiteter Teile müssen meist die Kanten gebrochen werden. Bei kompliziert geformten Teilen ist dies sehr schwierig, weil die räumliche Lage der Kanten relativ zu einer Einspannfläche wegen der verkette ten Masstoleranzen meist nicht hinreichend genau definiert ist. Wenn das Werkstück mit einer programmierten Bewegung entlang eines in einer feststehenden Werkzeugspindel einge spannten Werkzeugs geführt wird, ist der Kantenbruch von Werkstück zu Werkstück unterschiedlich. Auch wenn das Werk zeug in einer Spindel gemäss DE-OS 33 22 007 eingespannt wäre, würden sich Abweichungen ergeben, weil die Anpress kraft des Werkzeuges mit dessen Auslenkung ändern würde. Diese bekannte Spindel eignet sich daher nicht zum Brechen der Kanten von Werkstücken.In the manufacture of machined parts mostly the edges are broken. For complicated shaped This is very difficult to share because of the spatial location of the Edges relative to a clamping surface because of the chain dimensional tolerances are usually not adequately defined is. If the workpiece with a programmed movement along one in a fixed tool spindle tool is clamped, the edge breakage of Workpiece to workpiece different. Even if the work stuffed in a spindle according to DE-OS 33 22 007 there would be deviations because the contact pressure force would change with the deflection of the tool. This known spindle is therefore not suitable for breaking the edges of workpieces.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Spindelein heit derart auszubilden, dass an Werkstücken mit Masstole ranzen der zu brechenden Kanten die Kanten derart gebrochen werden können, dass der Kantenbruch mindestens optisch gleichmässig ist, und dass ein automatisches Kantenbrechen ermöglicht wird. Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnen den Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.The invention has for its object a spindle be trained in such a way that on workpieces with massole the edges of the edges to be broken are broken in this way can be that the edge break at least visually is even, and that an automatic edge breaking is made possible. This task is characterized by the solved the features of claim 1.

Bei der erfindungsgemässen Ausbildung wird die Spindel mit einer im wesentlichen konstanten, von der Auslenkung unab hängigen Kraft zentriert. Dadurch ist die Anpresskraft des Werkzeuges auf das Werkstück unabhängig von der geometri schen Lage der zu bearbeitenden Kante. Das Werkstück kann deshalb programmgesteuert am Werkzeug vorbei geführt werden. Zu diesem Zweck eignet sich insbesondere ein programmierba rer Roboter. Damit kann das Kantenbrechen vollständig auto matisiert werden, weil Mass- und Einspanntoleranzen sowie Unge nauigkeiten des Roboters mechanischer Art, durch Schwingungen oder Bahnfehler ohne Anpresskraftänderung ausgeglichen werden.In the embodiment according to the invention, the spindle is also a substantially constant, independent of the deflection pending force centered. As a result, the contact pressure of the Tool on the workpiece regardless of the geometri position of the edge to be machined. The workpiece can therefore be guided past the tool under program control. A programmable BA is particularly suitable for this purpose rer robot. This allows the edge breaking to be fully auto are matatised because of dimensional and clamping tolerances as well as accuracy of the mechanical mechanical type, due to vibrations or path errors can be compensated without changing the contact pressure.

Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung erläutert. Darin zeigt:An exemplary embodiment of the invention is described below the drawing explained. It shows:

Fig. 1 einen Axialschnitt durch eine Spindeleinheit, und Fig. 1 shows an axial section through a spindle unit, and

Fig. 2 eine Vorrichtung zum Entgraten eines Werkstücks. Fig. 2 shows a device for deburring a workpiece.

In Fig. 1 ist eine Einbauspindel 1 schematisch dargestellt. Sie umfasst einen Lagerkörper 2, in welchem eine Welle 3 auf Wälzlagern 4 drehbar gelagert ist. Die Welle 3 trägt an ihrem freien Ende ein Spannfutter 5 mit einem eingespannten Werkzeug 6 dargestellt als Zylinderfräser. Die Einbauspindel 1 enthält ferner einen Antriebsmotor, der schematisch als Luftturbine 7 dargestellt ist. Die Turbine 7 wird über eine Düse 8 mit Druckluft beaufschlagt. In der Zuleitung 9 zur Düse 8 ist ein Schlauch 10 so verlegt, dass er auf die Ein bauspindel 1 keine wesentlichen auslenkenden und vom Betrag der Auslenkung abhängigen Kräfte ausübt. Die Einbauspindel 1 bildet mit einem Gehäuse 15 eine Spindeleinheit 11. In Fig. 1, a mounting spindle 1 is shown schematically. It comprises a bearing body 2 , in which a shaft 3 is rotatably mounted on roller bearings 4 . The shaft 3 carries at its free end a chuck 5 with a clamped tool 6 shown as a cylinder milling cutter. The installation spindle 1 also contains a drive motor, which is shown schematically as an air turbine 7 . The turbine 7 is pressurized with compressed air via a nozzle 8 . In the feed line 9 to the nozzle 8 , a hose 10 is laid so that it does not exert any significant deflecting forces on the construction spindle 1 and are dependent on the amount of the deflection. The built-in spindle 1 forms a spindle unit 11 with a housing 15 .

Der Lagerkörper 2 ist im Gehäuse 15 mittels eines sphäri schen Wälz-Schwenklagers 16 um zwei sich und die Wellenachse 17 senkrecht schneidende Schwenkachsen 18, 19 schwenkbar ge lagert und durch einen in eine Nut 20 eingreifenden Stift 21 gegen Verdrehen um die Wellenachse 17 gesichert. Das Schwenk lager 16 gewährleistet eine reibungsarme Lagerung des Lager körpers 2 ohne Haft- und Gleitreibung.The bearing body 2 is in the housing 15 by means of a sphäri rule rolling-pivot bearing 16 about two and the shaft axis 17 perpendicularly intersecting pivot axes 18, 19 pivotally ge superimposed and secured by an engaging into a groove 20 pin 21 against rotation about the shaft axis 17th The pivot bearing 16 ensures low-friction storage of the bearing body 2 without static and sliding friction.

An dem dem Werkzeug 6 zugewandten Ende sind im Gehäuse 15 gleichmässig über den Umfang verteilt sechs radiale, abge stufte Zylinderbohrungen 25 gebohrt. Die Stufe 26 dieser Bohrungen 25 dient als Anschlag für einen in der Bohrung 25 geführten Kolben 27. Der Lagerkörper 2 durchdringt eine axiale Bohrung 28 des Gehäuses 15 mit Spiel. Sämtliche Boh rungen 25 sind über einen Ringraum 29 miteinander verbunden und über einen Anschluss 30 durch einen nicht dargestellten Druckregler mit Luft mit einem einstellbaren Druck beauf schlagt.At the end facing the tool 6 six radial, graduated stepped cylinder bores 25 are drilled in the housing 15 evenly over the circumference. The step 26 of these bores 25 serves as a stop for a piston 27 guided in the bore 25 . The bearing body 2 penetrates an axial bore 28 of the housing 15 with play. All Boh stanchions 25 are connected to one another via an annular space 29 and are supplied with air at an adjustable pressure by a pressure regulator 30, not shown.

In der dargestellten zentrierten Mittelstellung liegen sämt liche Kolben 27 gleichzeitig an der Stufe 26 und am Lagerkörper 2 an. Bei Auslenkung des Lagerkörpers 2 heben jeweils zwei bis drei der Kolben 27 vom Lagerkörper 2 und zwei bis drei der gegen überliegenden Kolben 27 von der Stufe 26 ab, so dass der Lager körper 2 mit einer von der Auslenkung unabhängigen, durch den Druck am Anschluss 30 einstellbaren Kraft in Richtung auf die Mittelstellung belastet wird. Um die Reibung bei der Aus lenkung möglichst gering zu halten, sind die Kolben 27 gegen über den Zylinderbohrungen 25 nicht durch elastomere Dicht ringe abgedichtet, so dass durch den engen Spalt zwischen Kolben 27 und Bohrung 25 stets etwas Luft entweicht.In the centered position shown, all pistons 27 lie simultaneously on the step 26 and on the bearing body 2 . Upon deflection of the bearing body 2 are each lifting two to three of the piston 27 from the storage body 2 and two to three of the opposite piston 27 from the stage 26, so that the bearing body 2 with an independent of the deflection by the pressure at port 30 adjustable force towards the middle position is loaded. In order to keep the friction at the steering as low as possible, the pistons 27 are not sealed against the cylinder bores 25 by elastomeric sealing rings, so that some air always escapes through the narrow gap between the piston 27 and the bore 25 .

Am hinteren Ende sind am Gehäuse 15 vier einander je paar weise gegenüberliegende, radial angeordnete, induktive Weg taster 35 befestigt, deren Abtastkopf 36 am Lagerkörper 2 anliegt. Das Signal dieser Taster 35 ermöglicht eine Bestim mung der Werkzeugauslenkung nach Richtung und Betrag. Diese Auswertung kann z.B. auf einem Bildschirm dargestellt werden und als Programmierhilfe für den in Fig. 2 dargestellten Kantenbrechautomaten oder für ein Warn- oder Stopsignal zum automatischen Abschalten des Automaten bei Ueberschreiten einer vorgegebenen Auslenkung verwendet werden. Mit den Signalen der Taster 35 ist auch eine automatische Programm korrektur möglich.At the rear end are attached to the housing 15 four each pair of opposite, radially arranged, inductive displacement buttons 35 , the scanning head 36 abuts the bearing body 2 . The signal of this button 35 enables determination of the tool deflection according to the direction and amount. This evaluation can be displayed, for example, on a screen and can be used as a programming aid for the edge breaking machine shown in FIG. 2 or for a warning or stop signal for automatically switching off the machine when a predetermined deflection is exceeded. An automatic program correction is also possible with the signals from button 35 .

In Fig. 2 ist schematisch ein programmierbarer Roboter 40 dargestellt. In einem Greifer 41 ist ein Werkstück 42 mit einer zu brechenden Kante 43 eingespannt. Der Greifer 41 ist an einem Kopf 44 um alle drei Raumachsen schwenkbar. Der Kopf 44 ist bezüglich dem ortsfest gehaltenen Gehäuse 15 der Spindeleinheit 11 in Richtung der drei Raumachsen ver schiebbar. Der Roboter 40 wird dabei so programmiert, dass die Kante 43 dem Werkzeug 6 mit einer vorgegebenen Geschwin digkeit entlanggeführt und dabei der Lagerkörper 2 gegenüber dem Gehäuse 15 um etwa die Hälfte des Spiels zwischen Lager körper 2 und Bohrung 28 ausgelenkt ist. Da bei dieser Bear beitung die Anpresskraft und der Vorschub konstant bleiben, ergibt sich ein gleichmässiger Kantenbruch unabhängig von Werkstücktoleranzen und Einspannungenauigkeiten.A programmable robot 40 is shown schematically in FIG . A workpiece 42 with an edge 43 to be broken is clamped in a gripper 41 . The gripper 41 can be pivoted on a head 44 about all three spatial axes. The head 44 is ver with respect to the stationary housing 15 of the spindle unit 11 in the direction of the three spatial axes. The robot 40 is programmed so that the edge 43 is guided along the tool 6 with a predetermined Geschwin speed and thereby the bearing body 2 relative to the housing 15 by about one half of the clearance between the bearing body 2 and the bore is deflected 28th Since the contact pressure and feed rate remain constant with this machining, there is a uniform edge break regardless of workpiece tolerances and clamping inaccuracies.

Je nach Werkstück 42 können auch mehrere der beschriebenen Spindeleinheiten 11 ortsfest angeordnet werden, z.B. mit sich kreuzenden Achsen 17 oder mit unterschiedlichen Werk zeugen 6. Bei grossen Werkstücken 42 kann es günstiger sein, das Werkstück 42 ortsfest einzuspannen und die Spin del 11 am Greifer 41 zu befestigen.Depending on the workpiece 42 , several of the spindle units 11 described can also be arranged in a stationary manner, for example with intersecting axes 17 or with different tools 6 . For large workpieces 42 , it may be cheaper to clamp the workpiece 42 in a fixed position and to attach the Spin del 11 to the gripper 41 .

Das Schwenklager 16 kann auch als sphärisches hydrostati sches Gasgleitlager oder als Kardanlager ausgebildet sein mit einem den Lagerkörper 2 umhüllenden Ring, der über zwei in der einen Schwenkachse 18 angeordnete Lagerzapfen mit dem Gehäuse 15 und zwei in der andern Schwenkachse 19 an geordnete Lagerzapfen mit dem Lagerkörper 2, z.B. über Kugellager, verbunden ist. Statt der Turbine 7 kann die Welle 3 auch durch einen Elektromotor angetrieben sein. Statt der Druckvorbelastung der Kolben 27 eignet sich auch eine Vorbelastung durch eine um ein Vielfaches des Kolben hubes vorgespannte Feder. Auch in diesem Falle wäre die Rückführkraft nur wenig von der Auslenkung abhängig.The pivot bearing 16 can also be designed as a spherical hydrostatic gas slide bearing or as a gimbal bearing with a bearing body 2 encircling the ring over two arranged in one pivot axis 18 bearing journal with the housing 15 and two in the other pivot axis 19 to arranged bearing journal with the bearing body 2 , for example via ball bearings. Instead of the turbine 7 , the shaft 3 can also be driven by an electric motor. Instead of the pressure preloading of the pistons 27 , a preloading by a spring biased by a multiple of the piston stroke is also suitable. In this case too, the return force would be only slightly dependent on the deflection.

Claims

1. Spindle unit with a shaft ( 3 ) for clamping a cutting tool ( 6 ), in particular for breaking edges of a workpiece ( 42 ), comprising a housing ( 15 ), one in a pivot bearing ( 16 ) around two vertically intersecting pivot axes ( 18 , 19 ) pivotally mounted in the housing ( 15 ) bearing body ( 2 ) in which the shaft ( 3 ) is rotatably mounted and a centering element ( 27 ) spaced from the pivot bearing ( 16 ) for centering the two consisting of the bearing body ( 2 ) and the housing ( 15 ) existing elements ( 2 , 15 ) relative to each other, characterized in that the centering element comprises at least three movably guided, counteracting elements ( 27 ) preloaded against a stop ( 26 ) in the first element ( 15 ), whereby all links ( 27 ) in the centered center position of the two elements ( 2 , 15 ) rest against their stops ( 26 ) and on the second element ( 2 ) and, when deflected from the central position, at least e ines the links ( 27 ) from its stop ( 26 ) and at least one of the further links ( 27 ) is lifted from the second element ( 2 ).

2. Spindle unit according to claim 1, characterized in that the members struck by a pressure medium, in each cylinder ( 25 ) guided pistons ( 27 ).

3. Spindle unit according to claim 2, characterized in that the cylinders ( 25 ) are interconnected.

4. Spindle unit according to claim 3, characterized in that the cylinders ( 25 ) are acted upon by an adjustable pressure regulator.

5. Spindle unit according to one of claims 2 to 4, characterized in that the pistons ( 27 ) are sealed against the cylinders ( 25 ) without elastomeric seals.

6. Spindle unit according to one of claims 1 to 5, characterized in that the pivot bearing ( 16 ) is designed as a spherical roller bearing, and that the bearing body ( 2 ) against the housing ( 15 ) by a securing element ( 20 , 21 ) against Twisting around the shaft axis is secured.

7. Spindle unit according to one of claims 1 to 6, characterized in that it includes a sensor ( 35 ) ent, which measures the relative movement between the housing ( 15 ) and the bearing body ( 2 ) around the pivot bearing ( 16 ).

8. Spindle unit according to one of claims 1 to 7, characterized in that it has a drive motor ( 7 ) arranged in the bearing body ( 2 ).

9. Device for breaking the edges of a workpiece ( 42 ) comprising at least one spindle unit ( 11 ) according to one of claims 1 to 8, characterized in that the device has a program-controlled robot ( 40 ) with which the workpiece ( 42 ) relative programmed to the tool ( 6 ) is displaceable.