DE4202035C2 - Maschinenantrieb für die stoßende oder ziehende, spanende Bearbeitung eines metallischen Werkstückes - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Maschinenantrieb für die stoßende oder ziehende, spanende Bearbeitung eines metallischen Werkstüc­ kes, insbesondere Nutmaschine, - mit Maschinengestell mit Aufspanntisch für ein zu bearbeitendes Werkstück, Hubsäule mit Hubschlitten sowie mit dem Hubschlitten verbundenem Vorschubschlitten und Antrieb für die Hubbewegung und die Vorschubbewegung, wobei der Antrieb als elektromechanischer Antrieb ausgeführt ist. Die Maschine kann mit waagerechtem oder mit senkrechtem Hub arbeiten. Werkstück und Werkzeug sind nach Maßgabe der durchzuführenden Bearbeitung aufein­ ander einrichtbar. Wie bereits erwähnt, kann die Maschine insbesondere als Nutmaschine arbeiten. Dazu gehört auch die Herstellung von Drallnuten. Im Rahmen der Erfindung liegt es, die Maschine auch als Räummaschine einzusetzen.

Bei der bekannten Maschine, von der die Erfindung ausgeht (vgl. Lueger, Lexikon der Technik, Band 9, 1968, Seite 188, Seite 371), besteht der elektromechanische Antrieb in seinem grundsätzlichen Aufbau aus einem Elektromotor und einem Kurbeltrieb oder Exzentertrieb, der auf den Hubschlitten arbeitet. Ein solcher Antrieb ist aufwendig, insbesondere in steuerungstechnischer Hinsicht. Eine solche Maschine ist ohne weiteres auch nicht geeignet, mit einer elektronischen Steuervorrichtung ausgerüstet zu werden, die in steue­ rungstechnischer Hinsicht den Anforderungen der modernen, computergestützten Fertigung entspricht.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Maschine des eingangs beschriebenen Aufbaus in antriebstechnischer Hin­ sicht zu vereinfachen und gleichzeitig so einzurichten, daß sie mit einer elektronischen Steuervorrichtung kombiniert werden kann.

Zur Lösung dieser Aufgabe lehrt die Erfindung in Verbindung mit den Merkmalen im Oberbegriff des Patentanspruches 1 die Kombina­ tion der folgenden Merkmale:

• a) der Antrieb weist zumindest einen elektrischen Ser­ vomotor für die Hubbewegung und zumindest einen elektrischen Servomotor für die Vorschubbewegung auf, die mit einem Übersetzungsgetriebe verbunden sind,
• b) die Servomotore sind mit Hilfe einer elektronischen Steuervorrichtung steuerbar,
• c) der Hubschlitten ist an einen Kugelgewindetrieb mit Spindel und Spindelmutter angeschlossen, dessen Spindel von einem spielfreien Zahnriementrieb ange­ trieben ist, der andererseits an den Abtrieb des Übersetzungsgetriebes für die Hubbewegung ange­ schlossen ist,
• d) der Vorschubschlitten ist an einen Kugelgewinde­ trieb mit Spindel und Spindelmutter angeschlossen, dessen Spindel von einem spielfreien Zahnriemen­ trieb angetrieben ist, der andererseits an den Ab­ trieb des Übersetzungsgetriebes für die Vorschub­ bewegung angeschlossen ist, und der Servomotor für die Vorschubbewegung sowie der zugeordnete Kugelge­ windetrieb fahren bei der Hubbewegung des Hub­ schlittens mit,

wobei die elektronische Steuereinrichtung einen integrierten Rechner aufweist sowie nach Maßgabe durchzuführender Bear­ beitungen programmierbar ist.

Elektrische Servomotore, wie sie im Rahmen der Erfindung eingesetzt werden, sind an sich bekannt und bewährt. Das gilt auch für die Kugelgewindetriebe. Elektrische Servo­ motore und Kugelgewindetriebe erlauben Hub- und Stellwege, die mit hoher Präzision ausgeführt werden und die bezüglich der Weg- oder Verstellparameter, aber auch bezüglich der Hub- und Stellgeschwindigkeiten, auf einfache Weise einge­ richtet werden können. Erfindungsgemäß werden insoweit be­ kannte Bauteile verwendet und wird durch Kombination dieser bekannten Bauteile mit den weiteren Merkmalen die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe gelöst.

Im einzelnen bestehen im Rahmen der Erfindung mehrere Mög­ lichkeiten der weiteren Ausbildung und Gestaltung. So be­ sitzt erfindungsgemäß der Antrieb für die Hubbewegung vor­ zugsweise zwei parallelgeschaltete Servomotore, die auf ein zentrales Übersetzungsgetriebe arbeiten. Auf diese Weise er­ reicht man ein sehr günstiges dynamisches Verhalten des ge­ samten Antriebes und können hohe Zerspanleistungen bei kurzer Bearbeitungszeit verwirklicht werden. Zweckmäßi­ gerweise sind die Servomotore mit ihren Übersetzungs­ getrieben einerseits, die zugeordneten Kugelgewindetriebe andererseits achsparallel nebeneinander angeordnet. Das erlaubt auf einfache Weise und sehr genau die Ankupplung der Kugelgewindetriebe mit Hilfe eines Zahnriementriebes, insbe­ sondere eines spielfreien Zahnriementriebes.

Zu einer Bauweise, die sich durch Einfachheit und Funktions­ sicherheit bei geringem räumlichen Aufwand auszeichnet kommt man dadurch, daß der Kugelgewindetrieb des Hubschlittens in einem Hubsäulengestell angeordnet ist, welches aus einem Hohlprofil besteht, und daß der Hubschlitten mit zumindest zwei Teilrundführungen auf dem Hohlprofil geführt ist. Vor­ zugsweise besitzt das Hohlprofil einen rechteckigen oder einen quadratischen Querschnitt. Vorzugsweise arbeitet man fernerhin mit zwei diametral gegenüberliegenden Halbrund­ führungen. Die Teilrundführungen sind jedenfalls in dem Be­ reich des Hubschlittens angeordnet, der die Zerspankräfte aufzunehmen hat. Um die Vorschubbewegung sehr genau zu steuern, empfiehlt die Erfindung, daß der Vorschubschlitten in bekannter Weise über spielfreie Wälzführungen mit dem Hubschlitten verbunden ist. Ist die Hubsäule in der be­ schriebenen Weise aufgebaut, so kann sie bei der Ausfüh­ rungsform mit senkrechtem Hub ohne Schwierigkeiten in dem Maschinengestell im Bereich unterhalb des Aufspanntisches angeordnet werden, wobei zwischen Aufspanntisch und Maschi­ nengestell, z. B. zwischen dem Aufspanntisch und der Abdeck­ platte des Maschinengestells, ein Freiraum angeordnet ist, in dem der Zahnriementrieb für die Hubbewegung arbeitet. Erfindungsgemäß fahren der Servomotor für die Vorschub­ bewegung sowie der zugeordnete Kugelgewindetrieb bei der Hubbewegung des Hubschlittens mit. Dazu kann nach der Lehre der Erfindung der Hubschlitten eine Konsole aufweisen, auf der der Servomotor und der Kugelgewindetrieb für den Vor­ schubschlitten angeordnet sind.

Die elektronische Steuereinrichtung, mit der die erfindungs­ gemäße Maschine ausgerüstet ist, kann auf verschiedene Weise verwirklicht sein. Sie arbeitet zweckmäßigerweise nach dem NC-Prinzip, vorzugsweise nach dem CNC-Prinzip. Dabei steht NC für Numerical Control, CNC für Computerized Numerical Control.

Die durch die Erfindung erreichten Vorteile sind darin zu sehen, daß die erfindungsgemäße Maschine ohne Schwierig­ keiten in eine moderne Fertigung, die computergestützt ist, integriert werden kann. Dabei arbeitet die erfindungsgemäße Maschine mit sehr hoher Genauigkeit. Es lassen sich sehr kurze Taktzeiten verwirklichen. Insbesondere besteht die Möglichkeit, die elektronische Steuereinrichtung so auszu­ legen, daß eine automatische Anschnitterkennung möglich ist (DE 38 14 338 A1). Dazu wird eine an sich bekannte automa­ tische Kontakterkennung zwischen Werkzeug und Werkstück verwirklicht, die vorzugsweise auf einer Potentialtrennung zwischen Werkzeug und Werkstück beruht. Hierzu sind entspre­ chende Isolierungsmaßnahmen erforderlich. Bei einer Berüh­ rung zwischen Werkzeug und Werkstück an einer Werkstelle fällt das aufgebaute Potential mit einer rampenförmigen Kennlinie ab, die an der Wirkstelle gewonnenen Meßsignale kön­ nen über den Rechner ausgewertet werden, wobei die gewon­ nenen Meßdaten schnell und präzise umgesetzt werden, so daß der Arbeitshub ohne aufwendige Einrichtarbeiten durchgeführt werden kann.

Im folgenden wird die Erfindung anhand einer lediglich ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung ausführlicher erläutert. Es zeigen in schematischer Darstellung

Fig. 1 eine Ansicht einer erfindungsgemäßen Maschine, teil­ weise im Schnitt, Hubschlitten und Vorschubschlitten sichtbar,

Fig. 2 in gegenüber der Fig. 1 wesentlich vergrößertem Maßstab den Ausschnitt A aus dem Gegenstand der Fig. 1,

Fig. 3 im Maßstab der Fig. 2 einen Schnitt in Richtung B-B durch den Gegenstand der Fig. 2,

Fig. 4 in gegenüber den Fig. 2 und 3 nochmals vergrößertem Maßstab einen Schnitt in Richtung C-C durch den Gegenstand der Fig. 2,

Fig. 5 im Maßstab der Fig. 4 einen Schnitt in Richtung D-D durch den Gegenstand der Fig. 2,

Fig. 6 einen Schnitt in Richtung E-E durch den Gegenstand der Fig. 4 und

Fig. 7 eine Draufsicht auf den Gegenstand der Fig. 1 im Bereich der Hubsäule bei abgenommenem Aufspanntisch.

Die in den Figuren dargestellte Maschine ist für die stoßende oder ziehende, spanende Bearbeitung eines metal­ lischen Werkstückes bestimmt. Es mag sich insbesondere um eine Nutmaschine handeln. Zum grundsätzlichen Aufbau gehören das Maschinengestell 1 mit Aufspanntisch 2 für ein zu bearbeitendes Werkstück, eine Hubsäule 3 mit Hubschlitten 4 sowie mit dem Hubschlitten 4 verbundenem Vorschubschlitten 5 und ein Antrieb für die Hubbewegung (6) und die Vorschub­ bewegung (7). Bei den Antrieben 6, 7 handelt es sich um elektromotorische Antriebe.

Der Antrieb weist zumindest einen elektrischen Servomotor 6a für die Hubbewegung auf. Der Antrieb 7 weist zumindest einen elektrischen Servomotor 7a für die Vorschubbewegung auf, die mit einem Übersetzungsgetriebe verbunden sind. Die Servo­ motoren 6a, 7a sind mit Hilfe einer elektronischen Steuer­ einrichtung steuerbar, was in der Fig. 1 durch ein Schema angedeutet wurde.

Aus einer vergleichenden Betrachtung der Fig. 4 und 5 entnimmt man, daß der Hubschlitten 4 an einen Kugelgewinde­ trieb 6b mit Spindel 6c und Spindelmutter 6d angeschlossen ist. Die Spindel 6c ist von einem spielfreien Zahnriemen­ trieb 8 angetrieben, der andererseits an den Antrieb 6 mit Übersetzungsgetriebe für die Hubbewegung angeschlossen ist. Der Vorschubschlitten 5 ist an einen Kugelgewindetrieb 7b mit Spindel 7c und Spindelmutter 7d angeschlossen, dessen Spindel 7c von einem spielfreien Zahnriementrieb 9 ange­ trieben ist. Der Zahnriementrieb 9 ist andererseits an den Antrieb 7 mit Übersetzungsgetriebe für die Vorschubbewegung angeschlossen. Der Servomotor 7a für die Vorschubbewegung sowie der zugeordnete Kugelgewindetrieb 7b fahren bei der Hubbewegung für den Hubschlitten 4 mit.

Die elektronische Steuereinrichtung besitzt einen inte­ grierten Rechner 10 und ist nach Maßgabe durchzuführender Bearbeitungen programmierbar.

Im Ausführungsbeispiel sind die Antriebe 6, 7 jeweils mit einem Servomotor 6a bzw. 7a ausgestattet worden. Sie könnten auch zwei parallelgeschaltete Servomotore aufweisen, die auf ein zentrales Übersetzungsgetriebe arbeiten, wenn eine große Leistung verlangt wird. Die Servomotoren 6a, 7a mit ihrem Übersetzungsgetriebe einerseits, die zugeordneten Kugel­ gewindetriebe 6b, 7b andererseits sind achsparallel neben­ einander angeordnet.

Von besonderer Bedeutung sind die Maßnahmen, die aus den Fig. 3 bis 6 entnehmbar sind. Man erkennt, daß der Kugelgewindetrieb 6b des Hubschlittens 4 in einem Hubsäulen­ gestell angeordnet ist, welches aus einem Hohlprofil 11 besteht. Der Hubschlitten 4 ist im Ausführungsbeispiel mit zwei Teilrundführungen 12 auf dem Hohlprofil 11 geführt. Das Hohlprofil 11 besitzt einen quadratischen Querschnitt. Die Teilrundführungen 12 liegen einander diametral gegenüber und sind Halbrundführungen. Die Teilrundführungen 12 sind in dem Bereich des Hubschlittens 4 angeordnet, der die Zerspan­ kräfte aufzunehmen hat. Der Vorschubschlitten 5 ist in bekannter Weise über spielfreie Wälzführungen mit dem Hub­ schlitten 4 verbunden. Da diese Maßnahmen im einzelnen zum Stand der Technik gehören, wurden sie aus Gründen der Vereinfachung zeichnerisch nicht dargestellt.

Das Ausführungsbeispiel zeigt die Ausführungsform, bei der ein senkrechter Hub erfolgt. Man erkennt in der Fig. 1, daß die Hubsäule 3 in dem Maschinengestell 1 im Bereich unter­ halb des Aufspanntisches 2 angeordnet ist, wobei zwischen Aufspanntisch 2, konkret zwischen der Abdeckplatte 13 des Aufspanntisches 2 des Maschinengestells 1 und dem Auf­ spanntisch 2 ein Freiraum 14 angeordnet ist, in dem der Zahnriementrieb 8 für die Hubbewegung arbeitet. In der Fig. 6 erkennt man, daß der Hubschlitten eine Konsole 15 aufweist, auf der der Servomotor 7a und der Kugel­ gewindetrieb 7b für den Vorschubschlitten angeordnet sind.

Claims (11)

1. Maschinenantrieb für die stoßende oder ziehende, spanende Bear­ beitung eines metallischen Werkstückes, insbesondere Nut­ maschine, - mit
Maschinengestell (1) mit Aufspanntisch (2) für ein zu bearbeitendes Werkstück,
Hubsäule (3) mit Hubschlitten (4) sowie mit dem Hubschlitten (4) verbundenem Vorschubschlitten (5) und
Antrieb (6 bzw. 7) für die Hubbewegung (6) bzw. die Vorschubbewegung (7),
wobei die Antriebe (6, 7) als elektromechanische Antriebe ausgeführt sind, gekennzeichnet durch die Kombination der folgenden Merkmale:

• a) der Antrieb weist zumindest einen elektrischen Servomotor (6a) für die Hubbewegung und zumindest einen elektrischen Servomotor (7a) für die Vor­ schubbewegung auf, die mit einem Übersetzungs­ getriebe verbunden sind,
• b) die Servomotore (6a, 7a) sind mit Hilfe einer elektronischen Steuervorrichtung steuerbar,
• c) der Hubschlitten (4) ist an einen Kugelgewindetrieb (6b) mit Spindel (6c) und Spindelmutter (6d) ange­ schlossen, dessen Spindel (6c) von einem spiel­ freien Zahnriementrieb (8) angetrieben ist, der andererseits an den Abtrieb des Über­ setzungsgetriebes für die Hubbewegung angeschlossen ist,
• d) der Vorschubschlitten (5) ist an einen Kugel­ gewindetrieb (7b) mit Spindel (7c) und Spindel­ mutter (7d) angeschlossen, dessen Spindel (7c) von einem spielfreien Zahnriementrieb (9) angetrieben ist, der andererseits an den Abtrieb des Überset­ zungsgetriebes für die Vorschubbewegung angeschlos­ sen ist, und der Servomotor (7a) für die Vorschub­ bewegung sowie der zugeordnete Kugelgewindetrieb (7b) fahren bei der Hubbewegung des Hubschlittens (4) mit,

wobei die elektronische Steuereinrichtung einen integrierten Rechner (10) aufweist sowie nach Maßgabe durchzuführender Bearbeitungen programmierbar ist.

2. Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Antrieb (6) für die Hubbewegung zwei parallelgeschaltete Servomotore aufweist, die auf ein zentrales Überset­ zungsgetriebe arbeiten.

3. Maschine nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Servomotoren (6a, 7a) mit ihrem Übersetzungsgetriebe einerseits und die zugeordneten Kugelge­ windetriebe (6b, 7b) andererseits achsparallel nebeneinander angeordnet sind.

4. Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Kugelgewindetrieb (6b) des Hub­ schlittens (4) in einem Hubsäulengestell angeordnet ist, welches aus einem Hohlprofil (11) besteht, und daß der Hubschlitten (4) mit zumindest zwei Teilrundführungen (12) auf dem Hohlprofil (11) geführt ist.

5. Maschine nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilrundführungen (12) in dem Bereich des Hubschlittens (4) angeordnet sind, der die Zerspankräfte aufzunehmen hat.

6. Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Vorschubschlitten (5) über spindel­ freie Wälzführungen mit dem Hubschlitten (4) verbunden ist.

7. Maschine nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Ausführungsform mit senkrechtem Hub die Hubsäule (3) in dem Maschinengestell (1) im Bereich unterhalb des Aufspann­ tisches (2) angeordnet ist und daß zwischen Aufspanntisch (2) und Maschinengestell (1) ein Freiraum (14) angeordnet ist, in dem der Zahnriementrieb (8) für die Hubbewegung arbeitet.

8. Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Hubschlitten (4) eine Konsole (15) aufweist, auf der der Servomotor (7a) und der Kugel­ gewindetrieb (7b) für den Vorschubschlitten (5) angeordnet sind.

9. Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die elektronische Steuerung nach dem NC-Prinzip arbeitet.

10. Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die elektronische Steuerung nach dem CNC-Prinzip arbeitet.