DE4431374A1

DE4431374A1 - Werkzeugträgerbaugruppe an einer Werkzeugmaschine

Info

Publication number: DE4431374A1
Application number: DE19944431374
Authority: DE
Inventors: Hans-Joachim Dipl Ing Ulrich; Sieghart Dipl Ing Lenz; Joachim Dipl Ing Quandt
Original assignee: Niles Werkzeugmaschinen Berlin 13088 Berlin De GmbH; Niles Werkzeugmaschinen GmbH
Current assignee: Fritz Werner & Niles Werkzeugmaschinen AG Ik 12
Priority date: 1994-08-29
Filing date: 1994-08-29
Publication date: 1996-03-07

Description

Die Erfindung betrifft eine Werkzeugträgerbaugruppe an einer Werkzeug maschine für die Bearbeitung von Werkstücken mit hoher Genauigkeit und hoher Produktivität, insbesondere eine Schleifscheibenträgerbaugruppe an einer Profilschleifmaschine, die aus zwei separaten Werkzeugschlitten besteht, auf denen je eine Werkzeugspindel mit einem zugehörigen An triebsmotor sich befinden, wobei die Werkzeugspindeln koaxial zueinander angeordnet sind und jeder Werkzeugschlitten durch einen Antriebsmotor in axialer Richtung CNC-gesteuert bewegbar ist.

Aus der DE-OS 42 10 710 ist eine Einrichtung zum Profilschleifen von Werkstücken bekannt, die zwei Schleifsupporte aufweist. Beide Schleif supporte sind bei dieser Lösung auf einem Schwenkteil angeordnet und tragen je eine Schleifspindel. Jede dieser koaxial angeordneten Schleif spindeln wird von einem zugehörigen Motor angetrieben. Beide Schleifsup porte sind CNC-gesteuert axial verschiebbar. Die Schleifspindeln nehmen je eine Schleifscheibe auf, wobei durch diese Werkzeuganordnung es mög lich ist, mit nur einer Schleifscheibe oder mit beiden Schleifscheiben gleichzeitig das Werkstück zu bearbeiten.

Insbesondere bei der Bearbeitung von Werkstücken mit großen Schleif scheiben und hohen Abtragsleistungen weist diese Lösung Nachteile auf. Einerseits steht für den Antrieb beider Schleifscheiben jeweils nur die Leistung des zugehörigen Antriebsmotors zur Verfügung. Dadurch werden die zu erreichenden Abtragsleistungen am Werkstück und somit die Pro duktivität der Maschine begrenzt.

Andererseits können im Betrieb mit nur einer Schleifscheibe und einem Antriebsmotor thermische Verlagerungen infolge nichtsymmetrischer Wärme quellen auftreten, welche die Bearbeitungsgenauigkeit der Maschine be einträchtigen.

Ein weiterer Nachteil dieser bekannten Lösung besteht darin, daß die Be arbeitungsgenauigkeit durch elastische Verformungen der Werkzeugträger baugruppe während des Bearbeitungsprozesses gemindert wird. Dieser Um stand ist im wesentlichen durch die einseitige Anordnung der Schleif scheibe auf der Schleifspindel bedingt. Sowohl durch das Eigengewicht der Schleifscheibe als auch durch die an der Wirkstelle Schleifscheiben Werkstück auftretenden Bearbeitungskräfte entstehen Biegemomente. Diese Biegemomente sind umso größer, je weiter die Schleifscheibe auf der Schleifspindel auskragt und je größer der Durchmesser und das Eigenge wicht der Schleifscheibe und die Bearbeitungskräfte sind. Deshalb führt insbesondere die Bearbeitung von Werkstücken mit großen Schleifscheiben und hohen Spanabnahmen zu größeren elastischen Verformungen der Werk zeugträgerbaugruppe.

Eine weitere Lösung zu einer Werkzeugträgeranordnung ist aus der Praxis bekannt. Der Werkzeugträger besteht dabei ebenfalls aus zwei koaxial an geordneten Schleifspindeln. Die beiden Schleifspindeln werden von einem gemeinsamen Antriebsmotor angetrieben. Auf den Schleifspindeln befinden sich jeweils ein oder mehrere Schleifscheiben. Die eine Schleifspindel ist in der Regel mit einer oder mehreren Schleifscheiben für die Schruppbearbeitung bestückt, während die andere Schleifspindel eine oder mehrere Schleifscheiben für die Schlichtbearbeitung aufnimmt. In Abhängigkeit von den durchzuführenden Arbeitsgängen werden die Schleif scheiben mit dem Werkstück in Eingriff gebracht, so daß sich wahlweise eine der Schleifspindeln in Arbeitsstellung befindet.

Diese bekannte Lösung weist mehrere Nachteile auf. So kann bei dieser Werkzeugträgeranordnung die Bearbeitung des Werkstückes stets nur mit einer Schleifspindel erfolgen. Für den Antrieb der Schleifspindel steht nur ein Antriebsmotor zur Verfügung.

Als weiterer Nachteil ist zu verzeichnen, daß auch bei dieser Lösung sich elastische Verformungen des Werkzeugträgers negativ auf die Bear beitungsgenauigkeit auswirken. Die Ursache dafür ist die bereits be schriebene Entstehung von Biegemomenten. Durch die weiter auskragende Anordnung der Schleifscheiben auf den Schleifspindeln, die bei der An ordnung von mehr als einer Schleifscheibe auf der Schleifspindel unver meidbar ist, erhöhen sich zusätzlich die Biegemomente.

Darüber hinaus bedingt diese bekannte Werkzeugträgeranordnung, daß die im Bearbeitungsprozeß entstehenden Wärmequellen zwangsläufig zu thermischen Verlagerungen der Schleifspindeln und der Schleif scheiben führen. Dabei wirken sich bei der Schrupp- und Schlicht bearbeitung die Wärmequellen mit unterschiedlicher Intensität aus, was zu unterschiedlichen Verlagerungen während des gesamten Arbeits prozesses führt. Insgesamt ergeben sich unvermeidbare thermische Ver lagerungen, die einen negativen Einfluß auf die Qualität des zu be arbeitenden Werkstückes haben.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Werkzeugträgerbau gruppe der eingangs genannten Art zu schaffen, welche die Übertra gung einer hohen Antriebsleistung auf ein Werkzeug oder mehrere Werk zeuge ermöglicht und gleichzeitig den negativen Einfluß von thermischen Verlagerungen und elastischen Verformungen auf die Bearbeitungsge nauigkeit gering hält.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß beide Werkzeug spindeln torsions- und biegesteif durch eine Werkzeugaufnahme mitein ander verbunden sind, die sich beidseitig auf Aufnahmezapfen der Werk zeugspindeln abstützt, wobei die fügestellen zwischen der Werkzeugauf nahme und den Aufnahmezapfen als kraftschlüssige Verbindungen ausge bildet sind, und daß sowohl die Antriebsmotoren für die axiale Be wegung der Werkzeugschlitten als auch die Antriebsmotoren der Werk zeugspindeln über eine Steuereinrichtung in ihrer Funktion koordinierbar sind.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, daß die kraftschlüssigen Verbindungen zwischen der Werkzeugaufnahme und den Aufnahmezapfen der Werkzeugspindeln als Dehnspannverbindungen ausgeführt sind.

Die Dehnstellen der Dehnspannverbindungen können in vorteilhafter Weise entweder in den Aufnahmezapfen der Werkzeugspindeln oder in der Werk zeugaufnahme angeordnet sein.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, daß auf der Werkzeugaufnahme ein oder mehrere Werkzeuge angeordnet sind.

Für die Erfindung ist es außerdem von Vorteil, wenn die Werkzeug aufnahme auf einer Seite mit dem Aufnahmezapfen axial verschiebbar verbunden ist.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, daß durch die Verbindung der beiden Werkzeugspindeln über die Werkzeug aufnahme eine thermosymmetrische Werkzeugträgerbaugruppe entsteht. Thermische Verlagerungen des Werkzeugträgers können somit auf ein Min destmaß reduziert werden. Das Werkzeug oder die Werkzeuge behalten während des Bearbeitungsprozesses ihre Position relativ zur Werkstück achse bei, so daß die Bearbeitung des Werkstückes mit hoher Genauigkeit erfolgen kann. Infolge der torsionssteifen Kopplung beider Werkzeug spindeln ist es möglich, die Leistung beider Antriebsmotoren auf das Werkzeug oder die Werkzeuge zu übertragen. Hohe Abtragsleistungen am Werkstück können dadurch erreicht werden.

Weiterhin werden durch die beidseitige Lagerung der Werkzeugaufnahme auf den Werkzeugspindeln die Biegemomente, die infolge des Eigengewich tes des Werkzeuges sowie durch die Bearbeitungskräfte entstehen, auf ein Minimum reduziert. Dieser Umstand wirkt sich insbesondere beim Einsatz großer und schwerer Werkzeuge sowie bei der Bearbeitung des Werkstückes mit großen Spanabnahmen positiv aus.

Insgesamt ermöglicht die erfindungsgemäße Werkzeugträgerbaugruppe somit die Bearbeitung des Werkstückes mit hoher Produktivität bei gleich zeitiger Gewährleistung einer hohen Qualität.

Die Erfindung wird nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher er läutert. Die zugehörigen Zeichnungen zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Werk zeugträgerbaugruppe mit vier Schleifscheiben zum Profil schleifen

Fig. 2 eine Werkzeugaufnahme mit einer Schleifscheibe zum Schleifen von Rotoren für Schraubenverdichter.

Das in der Fig. 1 dargestellte Ausführungsbeispiel zeigt die An ordnung der erfindungsgemäßen Werkzeugträgerbaugruppe auf dem Schwenkteil 15 einer Profilschleifmaschine. Die beiden separaten Werkzeugschlitten 8, 9 sind axial verschiebbar auf dem Schwenkteil 15 gelagert. Die axiale Verschiebung der beiden Werkzeugschlitten 8, 9 wird durch die Antriebsmotoren 6, 7 mit den zugehörigen Spindel trieben 16, 17 erreicht. Beide Antriebsmotoren 6, 7 stehen über eine Steuereinrichtung 12 in Verbindung.

Jeder der beiden Werkzeugschlitten 8, 9 trägt eine Werkzeugspindel 1, 2, der jeweils ein Antriebsmotor 10, 11 zugeordnet ist. Die Kraft übertragung von den Antriebsmotoren 10, 11 auf die Werkzeugspindeln 1, 2 erfolgt über die Riementriebe 18, 19.

Die beiden Werkzeugspindeln 1, 2 befinden sich in einer koaxialen An ordnung und nehmen gemeinsam eine Werkzeugaufnahme 3 auf, auf der mehrere Werkzeuge 14 - bei diesem Ausführungsbeispiel handelt es sich um vier Schleifscheiben - gespannt sind.

Die Antriebsmotoren 10, 11 der Werkzeugspindeln 1, 2 stehen über eine Steuereinrichtung 12 in Verbindung. Die Werkzeugaufnahme 3 ist kraft schlüssig mit den Aufnahmezapfen 4, 5 der Werkzeugspindeln 1, 2 ver bunden. Die kraftschlüssigen Verbindungen sind als Dehnspannver bindungen ausgeführt. Die Dehnstellen 13 der Dehnspannverbindungen sind hierbei in der Werkzeugaufnahme 3 angeordnet.

Die Fig. 2 zeigt die Anordnung nur eines Werkzeuges 14 auf der Werk zeugaufnahme 3. Bei diesem Ausführungsbeispiel handelt es sich bei dem Werkzeug 14 um eine besonders große und kompakte Schleifscheibe, wie sie z. B. für die Bearbeitung von Rotoren für Schraubenverdichter er forderlich ist.

Die Werkzeugaufnahme 3 ist kraftschlüssig mit den Aufnahmezapfen 4, 5 der Werkzeugspindeln 1, 2 verbunden. Die kraftschlüssigen Verbindungen sind ebenfalls als Dehnspannverbindungen ausgeführt. In diesem Fall sind die Dehnstellen 13 der Dehnspannverbindungen in den Aufnahmezapfen 4, 5 der Werkzeugspindeln 1, 2 angeordnet.

Die Werkzeugaufnahme 3 wird so von den Aufnahmezapfen 4, 5 aufgenommen, daß sie auf der einen Seite direkt an der Anlagefläche des Aufnahme zapfens 4 anliegt und auf der anderen Seite einen geringfügigen Abstand s zur Anlagefläche des Aufnahmezapfens 5 aufweist.

Die Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Werkzeugträgerbaugruppe ist folgende:

Das Werkzeug 14 oder die Werkzeuge 14 wird/werden außerhalb der Werk zeugmaschine auf die Werkzeugaufnahme 3 geschoben und mit dieser ver spannt. Nachdem beide Werkzeugschlitten 8, 9 in ihre Endpositionen ge fahren sind, wird die Werkzeugaufnahme 3 in den Zwischenraum zwischen den Werkzeugspindeln 1, 2 gebracht. Danach wird die Werkzeugaufnahme 3 auf den Aufnahmezapfen 4 der Werkzeugspindel 1 geschoben. Wenn die Werk zeugaufnahme 3 mit ihrer Stirnfläche exakt an der Anlagefläche des Auf nahmezapfens 4 anliegt, wird diese über die Dehnstelle 13 kraftschlüssig mit dem Aufnahmezapfen 4 verbunden.

Daraufhin führen die Werkzeugschlitten 8, 9 eine Relativbewegung um einen vorgegebenen Betrag zueinander aus. Der Betrag für die Relativbe wegung wird vorteilhafter Weise so festgelegt, daß zwischen der Stirn fläche der Werkzeugaufnahme 3 und der Anlagefläche des Aufnahmezapfens 5 ein geringfügiger Abstand s eingehalten wird. Nach dem Erreichen dieser Position wird die Werkzeugaufnahme 3 über die Dehnstellen 13 kraft schlüssig mit dem Aufnahmezapfen 5 verbunden. Beide Werkzeugspindeln 1, 2 sind dadurch torsions- und biegesteif miteinander gekoppelt. Der rotatorische Antrieb der Werkzeugaufnahme 3 erfolgt gleichzeitig durch die beiden Antriebsmotoren 10, 11 über die Werkzeugspindeln 1, 2. Für die Bearbeitung des Werkstückes 20 steht somit die Leistung beider An triebsmotoren 10, 11 zur Verfügung. Die beiden Antriebsmotoren 10, 11 werden dabei in ihrer Funktion durch die Steuereinrichtung 12 koordi niert.

Für bestimmte Bearbeitungsaufgaben ist es vorgesehen, daß der An trieb der Werkzeugaufnahme 3 mit dem/den darauf befindlichen Werk zeug(en) 14 nur über einen der Antriebsmotoren 10 oder 11 realisiert wird.

Infolge der Kopplung der beiden Werkzeugspindeln 1, 2 durch die Werkzeugaufnahme 3 führen die beiden Werkzeugschlitten 8, 9 die axiale Verschiebebewegung gemeinsam aus.

Der Antrieb für die axiale Verschiebung der Werkzeugträgerbaugruppe erfolgt über die Antriebsmotoren 6, 7. Die beiden Antriebsmotoren 6, 7 werden ebenfalls in ihrer Funktion durch die Steuereinrichtung 12 koordiniert.

Für bestimmte Bearbeitungsaufgaben ist es vorgesehen, daß der Antrieb für die axiale Verschiebung der Werkzeugträgerbaugruppe nur über einen der Antriebsmotoren 6 oder 7 realisiert wird.

Bezugszeichenliste

1 Werkzeugspindel
2 Werkzeugspindel
3 Werkzeugaufnahme
4 Aufnahmezapfen
5 Aufnahmezapfen
6 Antriebsmotor (des Werkzeugschlittens 8)
7 Antriebsmotor (des Werkzeugschlittens 9)
8 Werkzeugschlitten
9 Werkzeugschlitten
10 Antriebsmotor (der Werkzeugspindel 1)
11 Antriebsmotor (der Werkzeugspindel 2)
12 Steuereinrichtung
13 Dehnstelle
14 Werkzeug
15 Schwenkteil
16 Spindeltrieb
17 Spindeltrieb
18 Riementrieb
19 Riementrieb
20 Werkstück
s Abstand

Claims

1. Werkzeugträgerbaugruppe an einer Werkzeugmaschine für die Be arbeitung von Werkstücken mit hoher Genauigkeit und hoher Produkti vität, insbesondere Schleifscheibenträgerbaugruppe an einer Profil schleifmaschine, die aus zwei separaten Werkzeugschlitten besteht, auf denen je eine Werkzeugspindel mit einem zugehörigen Antriebsmotor sich befinden, wobei die Werkzeugspindeln koaxial zueinander ange ordnet sind und jeder Werkzeugschlitten durch einen Antriebsmotor in axialer Richtung CNC-gesteuert bewegbar ist, dadurch gekennzeich net, daß beide Werkzeugspindeln (1, 2) torsions- und biegesteif durch eine Werkzeugaufnahme (3) miteinander verbunden sind, die sich beid seitig auf Aufnahmezapfen (4, 5) der Werkzeugspindeln (1, 2) ab stützt, wobei die Fügestellen zwischen der Werkzeugaufnahme (3) und den Aufnahmezapfen (4, 5) als kraftschlüssige Verbindungen ausgebildet sind, und daß sowohl die Antriebsmotoren (6, 7) für die axiale Bewe gung der Werkzeugschlitten (8, 9) als auch die Antriebsmotoren (10, 11) der Werkzeugspindeln (1, 2) über eine Steuereinrichtung (12) in ihrer Funktion koordinierbar sind.

2. Werkzeugträgerbaugruppe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die kraftschlüssigen Verbindungen zwischen der Werkzeugaufnahme (3) und den Aufnahmezapfen (4, 5) der Werkzeugspindeln (1, 2) als Dehn spannverbindungen ausgeführt sind.

3. Werkzeugträgerbaugruppe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Dehnstellen (13) der Dehnspannverbindungen in den Aufnahmezapfen (4, 5) der Werkzeugspindeln (1, 2) angeordnet sind.

4. Werkzeugträgerbaugruppe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Dehnstellen (13) der Dehnspannverbindungen in der Werkzeugaufnah me (3) angeordnet sind.

5. Werkzeugträgerbaugruppe nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Werkzeugaufnahme (3) ein oder mehrere Werkzeuge (14) angeordnet sind.

6. Werkzeugträgerbaugruppe nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch ge kennzeichnet, daß die Werkzeugaufnahme (3) auf einer Seite mit dem Aufnahmezapfen (4 oder 5) axial verschiebbar verbunden ist.