DE4400309A1 - Arbeitskopf für automatische Werkzeugmaschinen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Arbeitskopf für automatische Werkzeugmaschinen mit einer an einem Träger mit mehreren Freiheitsgraden gelagerten Gabel, Steuerungsmitteln für die numerische Steuerung der Drehbewegung der Gabel um ihre Achse und einem Träger für ein Spannfutter, der unter numerischer Steuerung an der Gabel um eine zur erst­ genannten Achse rechtwinklige Achse drehbar gelagert ist, wobei das Spannfutter eine Einrichtung zur Herstellung einer Verbindung mit einem Werkzeug besitzt.

Gemäß der Erfindung ist bei einem Arbeitskopf der vorge­ nannten Art die Anordnung so getroffen, daß Mittel vorge­ sehen sind, die eine Änderung der Winkelstellung der Gabel und/oder des Trägers für das Spannfutter bei gleichzeiti­ ger Aufrechterhaltung des Kontaktes des Werkzeugs mit dem zu bearbeitenden Werkstück ermöglichen. Dies bringt es mit sich, daß man verschiedene Vorteile erreichen kann, insbe­ sondere beim Bearbeiten der Außenseite des Werkstücks, indem man Material abnimmt, z. B. indem man eine Kontur od. dgl. herstellt, da es nunmehr möglich ist, den Arbeits­ kopf umzugestalten, ohne daß man das Werkzeug vom Werk­ stück entfernt, wobei man verhindert, daß die Zeichen beim Wiederingangsetzen der Maschine sichtbar sind.

Es sind verschiedene Arten von Werkzeugmaschinen bekannt, die einen Arbeitskopf haben, an dem ein Spannfutter be­ festigt ist mit einer Verbindung mit dem Werkzeug, wobei dessen Verstellbewegungen numerisch gesteuert werden, um selbst komplizierte Bearbeitungsoperationen auszuführen.

Im besonderen sind Maschinen bekannt, die einen Trägerarm besitzen, der entlang einem Satz von drei kartesischen Achsen beweglich ist und an dem eine Gabel angelenkt ist, die, da sie numerisch gesteuert wird, sich um die Achse des Arms (Achse C) drehen kann, und an der der Träger für ein Spannfutter angelenkt ist, der, da er ebenfalls nume­ risch gesteuert ist, sich seinerseits um eine Achse drehen kann, die rechtwinklig zu der vorgenannten Achse (Achse A) drehen kann. Ein Arbeitskopf dieser Art ist z. B. in der US-Patentschrift 4 904 131 beschrieben.

In manchen Fällen sind diese Arbeitsköpfe indexiert, das heißt, sie sind mit Mitteln versehen, die es gestatten, daß die Gabel und der Träger für das Spannfutter in einer bestimmten Anzahl von Winkelstellungen um ihre Achsen her­ um festgestellt oder verriegelt werden, um zu ermöglichen, daß der Arbeitskopf entsprechend der Gestalt und Form des zu bearbeitenden Werkstücks gestaltet wird.

Zu dem oben genannten Zweck wird die Verbindung zwischen dem Träger für das Spannfutter und der Gabel oder zwischen der Gabel und ihrem Träger mit Hilfe von Paaren von inein­ andergreifenden Zahnstangen vorgenommen, derart, daß die verschiedenen Bestandteile in der bestimmten Konfiguration festgestellt oder verriegelt werden.

Die vorliegende Erfindung bezieht sich insbesondere, wenn auch nicht ausschließlich, auf einen solchen Arbeitskopf. Bei den bekannten Arbeitsköpfen greift man ein, um die Paare von Zahnstangen voneinander zu lösen und eine neue Konfiguration durch Verdrehen entweder der Gabel oder des Trägers für das Spannfutters oder beide Elemente zu er­ reichen, indem man die mit dem beweglichen Bestandteil verbundene Zahnstange verstellt, das heißt beim Einstellen der Winkelstellung des Spannfutters die hiermit verbundene Zahnstange bewegt wird, wobei gleichzeitig die mit der Gabel verbundene Zahnstange festgestellt bleibt, während, um die Gabel zu drehen, die mit dieser verbundene Zahn­ stange bewegt wird, wobei in diesem Falle die mit dem Trägerarm verbundene Zahnstange festgestellt bleibt.

Bisher ist diese Lösung ganz allgemein angenommen worden, da das Verstellen der mit dem feststehenden Teil des Arbeits­ kopfes verbundenen Zahnstange sich als außerordentlich kompliziert erwiesen hat. Jedoch besitzt diese Lösung den Nachteil, daß es erforderlich ist, das Werkzeug vom Werk­ stück anzuheben, damit der Arbeitskopf wieder so gestaltet werden kann, woraus sich der Nachteil ergibt, daß, wenn das Werkzeug erneut herabgesenkt wird, die Arbeitsopera­ tion also wiederaufgenommen wird, am Werkstück das Zeichen des Wiederanlaufens der Maschine verbleibt.

Das Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, den oben erwähnten Nachteil zu vermeiden, und zu diesem Zweck wird ein Arbeitskopf der vorgenannten Art vorgesehen, bei dem jedoch jeweils ein Paar von Zahnstangen bildenden Zahnstangen voneinander gelöst werden, indem man die mit dem feststehenden Arbeitskopfteil verbundene Zahnstange bewegt bzw. verstellt. Mit diesem System ist es möglich, die Maschine wieder zu gestalten, ohne daß man das Werk­ zeug vom Werkstück abhebt, so daß auf diese Weise jedes Zeichen vom Wiederaufnehmen der Maschinenoperationen ver­ mieden wird.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des Gegen­ standes der Erfindung dargestellt. Es zeigen:

Fig. 1 einen Arbeitskopf gemäß der Erfindung in einer Seitenansicht in einem senkrechten Schnitt,

Fig. 2a und 2b Einzelheiten des Arbeitskopfes gemäß der Er­ findung, jeweils bei ineinandergreifenden bzw. voneinander gelösten Zahnstangen, und

Fig. 3 eine andere Einzelheit des Arbeitskopfes gemäß der Erfindung.

In der Zeichnung ist mit 1 der Trägerarm oder das Metall­ rohr bezeichnet, an dem eine Gabel 2 angebracht ist, an deren Armen der Träger 3 eines Spannfutters 4 angelenkt ist. Das Spannfutter 4 ist mit einer konischen Verbin­ dungsanordnung oder -einrichtung 5 für das Werkzeug ver­ sehen.

Die Gabel 2 ist am Metallrohr 1 mit Hilfe eines Druck­ lagers 34 gelagert, weswegen die Gabel um die Achse des Metallrohres (Achse C) drehen kann.

Der Träger für das Spannfutter ist an einer Nabe 6 be­ festigt und mit den Armen der Gabel mit Hilfe von Lagern 7 verbunden, die es diesen gestatten, um eine Achse zu drehen, die rechtwinklig zu der vorgenannten Achse (Achse A) verläuft.

Ein im Metallrohr 1 untergebrachter Motor 8 treibt eine Welle 9 unmittelbar an, die mit Hilfe von Kegelrädern 10 die Bewegung an eine geneigte Welle 11 weitergibt, die ihrerseits mit Hilfe von Kegelrädern 12 eine Welle 13 zur Drehung bringen, die koaxial mit der Nabe des Trägers für das Spannfutter ist.

An ihrem entgegengesetzten Ende ist die Welle 13 mit dem Spannfutter mit Hilfe eines hinterradantriebsähnlichen An­ triebs 14 verbunden.

Innerhalb der Nabe 6 ist ein Zylinder vorgesehen, in dem ein Kolben 15 gleitet, dessen Bewegungen verursachen, daß das Ende eines Stiftes 16 in eine entsprechende Ausnehmung 17 im Körper des Spannfutters eingreift, um dessen Dreh­ bewegung um die Achse C zu sperren, zu blockieren. Der Kolben 15 und sein Stift 16 sind koaxial mit der Achse A, um auch dann dem Träger 3 für das Spannfutter zu gestat­ ten, sich um die Achse A zu drehen, selbst dann, wenn der Stift 16 in die Ausnehmung 17 eingreift.

Eine kreisförmige Zahnstange 18 ist mit dem Körper der Gabel einstückig, sie greift in eine entsprechende Zahn­ stange 19 ein, die an der Welle der Gabel gleitend ange­ bracht ist, um begrenzte axiale Verstellbewegungen auszu­ führen, die parallel zur Achse C und entgegengesetzt zu der von den Federn 20 od. dgl. ausgeübten Kraft laufen, welche Federn 20 das Bestreben haben, die Zähne der Zahn­ stange 18 und 19 immer im Eingriff zu halten.

Ein Keil oder mehrere Keile 21 greifen an der Zahnstange und am Körper des Metallrohres an, so daß die Zahnstange 19 gleiten kann, jedoch nicht relativ zum Körper des Metallrohres drehen kann.

An ihrer Innenseite ist die Zahnstange 19 stufenartig aus­ gebildet oder abgestuft und mit einer entsprechenden Stufe 22 an der Welle der Gabel verbunden. In der Nähe der senk­ rechten Wände der Zahnstange 19, die gegen die entspre­ chenden Wände der Gabel gerichtet sind, sind Dichtungen 23 und 24 vorgesehen. Auf diese Weise ist zwischen den hori­ zontalen Wänden der Zahnstange 19 und des Körpers der Gabel in der Nähe der Stufe 22 eine Art von ringförmiger Kammer gebildet, die mit Hilfe von Leitungen, die in der Zeichnung nicht weiter dargestellt sind, mit Vorrichtungen verbunden ist, die in der Lage sind, unter Druck stehendes Fluid in die Kammer einzupumpen, um auf diese Weise die Verstellbewegung der Zahnstange 19 entgegen der durch die Federn 20 ausgeübten Kraft zu erzeugen und die Zahnstange 19 von der Zahnstange 18 zu lösen.

In Fig. 2a und 2b sind die vorstehend beschriebenen Ein­ zelheiten in den Stellungen der Zahnstangen gezeigt, in denen diese ineinandergreifen oder voneinander gelöst sind.

In ähnlicher Weise ist eine kreisförmige Zahnstange 25 an der das Spannfutter tragenden Nabe 6 befestigt, wobei die Zähne 26 der Zahnstange 25 in entsprechende Zähne 27 einer kreisförmigen Zahnstange 28 eingreifen, die ebenfalls an der Nabe 6 angebracht ist, jedoch axial entgegen der Kraft gleitbar ist, die von den Federn 29 ausgeübt wird. Ein Keil 30 verhindert winkelmäßige Verstellbewegungen zwi­ schen der Zahnstange 28 und dem Arm der Gabel, wobei jedoch das Aneinandergleiten gestattet wird.

Die einander paarweise zugeordneten Oberflächen der Zahn­ stangen 25 und 28 sind so geformt, daß sie miteinander eine Kammer 31 begrenzen, die durch die Dichtungen 32 und 33 abgeschlossen ist und die mit Mitteln verbunden ist, die es ermöglichen, daß unter Druck stehendes Fluid ein­ gepumpt werden kann. Diese Einzelheit ist in Fig. 3 in größerem Maßstab dargestellt.

Wenn die Paare von Zahnstangen 18, 19 und 25, 28 inein­ andergreifen, wird die vom Motor 8 auf die Welle 9 ausge­ übte Kraft mit Hilfe der Antriebe 10 und 12 auf die Wellen 11 und 13 übertragen. Von hier wird die Bewegung über den Antrieb 14 an das Spannfutter übertragen, das hierbei in eine Drehbewegung um seine Achse versetzt wird, um das Werkstück zu bearbeiten. Wenn es notwendig ist, die Ge­ staltung der Maschine zu ändern, wird, sobald der Motor 8 angehalten worden ist, der Kolben 15 angetrieben, der den Stift 16 dazu bringt, in die Ausnehmung 17 des Spannfutters einzugreifen, um dieses daran zu hindern, sich noch um seine Achse herumzudrehen. An dieser Stelle wird, um die Gabel um die Achse C herumzudrehen, Fluid unter Druck in die Kammer, die zwischen der Welle der Gabel und der Zahn­ stange 19 vorgesehen ist, eingepumpt, wobei deren Axial­ bewegung erzeugt wird, indem die von den Federn 20 erzeug­ te Kraft überwunden wird, bis die in Fig. 2b gezeigte Offenstellung erreicht worden ist.

Somit ergibt sich, wenn die Zähne der Zahnstangen 18 und 19 voneinander gelöst sind, indem man eine Drehbewegung der Welle 9 mit Hilfe des Motors 8 erteilt, weil die ge­ samte kinematische Kette vom Beginn an verriegelt worden ist als Konsequenz der Verriegelung des Spannfutters, daß die gesamte Gabel um die Achse C dreht. Die Amplitude der Drehbewegung wird mit Hilfe des Motors 8 gesteuert, während die Genauigkeit der Positionierung aus dem Inein­ andergreifen zwischen den Zähnen der kreisförmigen Zahn­ stangen 18 und 19 folgt.

Auf gleiche Weise wird, um die Winkelstellung des Trägers für das Spannfutter um die Achse A herum zu ändern der Stift 16 dazu gebracht, in die Ausnehmung 17 einzugreifen, sodann wird Fluid unter Druck in die Kammer 31 eingepumpt, wobei dies­ mal auf diese Weise die axiale Verstellbewegung der kreis­ förmigen Zahnstange 25 realisiert worden ist. Wenn man wie oben beschrieben vorgeht, kann mit Hilfe der Drehbewegung der Welle 9 diesmal die Positionierung des Trägers für das Spannfutter gegenüber der Achse A gesteuert werden.

Es ergibt sich hieraus, daß es mit der oben beschriebenen Lösung möglich ist, beliebig die Konfiguration des Arbeitskopfes zu ändern, indem man die Winkelstellungen gegenüber der Achse A und der Achse C einstellt, ohne daß es notwendig ist, das Werkzeug anzuheben, das ständig in Berührung mit dem Werkstück, das zu bearbeiten ist, ver­ bleibt, so daß man auf diese Weise verhindert, daß auf dem Werkstück das Zeichen des Wiederanlaufens der Maschine verbleibt, wenn die Arbeitsoperation wiederaufgenommen wird.

Ein Fachmann auf dem Gebiet wird sodann in der Lage sein, verschiedene Änderungen und Variationen vorzunehmen, die alle jedoch noch innerhalb des Umfanges der vorliegenden Erfindung liegen.

Claims (7)

1. Arbeitskopf für automatische Werkzeugmaschinen mit einer an einem Träger (1) mit mehreren Freiheitsgraden gelagerten Gabel (2), Steuerungsmitteln für die numerische Steuerung der Drehbewegung der Gabel (2) um ihre Achse (C) und einem Träger (3) für ein Spannfutter (4), der unter numerischer Steuerung an der Gabel (2) um eine zur erst­ genannten Achse (C) rechtwinklige Achse (A) drehbar gelagert ist, wobei das Spannfutter (4) eine Einrichtung (5) zur Herstellung einer Verbindung mit einem Werkzeug besitzt, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel vorgesehen sind, die eine Änderung der Winkelstellung der Gabel (2) und/oder des Trägers (3) für das Spannfutter (4) bei gleichzeitiger Aufrechterhaltung des Kontaktes des Werk­ zeugs mit dem zu bearbeitenden Werkstück ermöglichen.

2. Arbeitskopf nach Anspruch 1, bei dem eine einzige kinematische Kette vorgesehen ist, die eine von einem Motor (8) angetriebene und zu der Drehachse (C) der Gabel (2) koaxiale erste Welle (9) und eine durch erste Kegel­ räder (10) mit der ersten Welle (9) und über zweite Kegel­ räder (12) mit einer mit dem Träger (6) für das Spann­ futter koaxialen dritten Welle (13) verbundene, schräg verlaufende Welle (11) enthält, wobei weiterhin erste Feststellmittel (18, 19) und zweite Feststellmittel (25, 28) zum Feststellen der Gabel (2) bzw. des Trägers (6) vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel zum Blockieren der Drehbewegung der Gabel (2) und Mittel zum Lösen der ersten (18, 19) und/oder der zweiten Feststell­ mittel (25, 28) bei blockiertem Spannfutter (4) vorgesehen sind.

3. Arbeitskopf nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten Feststellmittel (18, 19) zum Feststellen der Gabel (2) eine mit dem Körper der Gabel fest verbunde­ ne und mit deren Achse koaxiale erste kreisförmige Zahn­ stange (18) und eine mit der ersten Zahnstange (18) ko­ axiale zweite kreisförmige Zahnstange (19) enthalten, die lediglich axial auf der Welle der Gabel (2) gleiten kann und die zwischen einer Eingriffstellung mit der ersten Zahnstange (18) und einer Außereingriffstellung mit dieser hin und her verstellbar ist.

4. Arbeitskopf nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die zweiten Feststellmittel (25, 28) zum Feststellen des Trägers (6) für das Spannfutter (4) eine mit dem Träger (6) für das Spannfutter (4) fest verbundene und mit diesem koaxiale erste kreisförmige Zahnstange (25) und eine mit dieser koaxialen zweite kreisförmige Zahnstange (28) enthalten, die lediglich in axialer Richtung gleitbar an dem Träger (6) für das Spannfutter (4) angeordnet ist und die zwischen einer Eingriffsstellung mit der ersten kreisförmigen Zahnstange (25) und einer Außereingriffs­ stellung mit dieser hin und her beweglich ist.

5. Arbeitskopf nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Paare von Zahnstangen (18, 19) einander gegenüber­ liegende Oberflächen haben, die eine Kammer mit veränder­ lichem Volumen begrenzen, wobei Mittel vorgesehen sind, um ein unter Druck befindliches Fluid in die Kammer einzu­ pumpen.

6. Arbeitskopf nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Paare von Zahnstangen (25, 28) einander gegenüber­ liegende Oberflächen aufweisen, die eine Kammer mit ver­ änderlichem Volumen begrenzen, wobei Mittel vorgesehen sind, um ein unter Druck stehendes Fluid in die Kammer einzupumpen.

7. Arbeitskopf nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zum Blockieren der Drehbewegung des Spann­ futters (49 einen Stift (16) enthalten, der mit der Dreh­ achse des Trägers (6) für das Spannfutter (4) um die Arme der Gabel (2) herum koaxial ist.