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Werkzeugmaschine mit stetig umlaufendem Arbeitstisch und im Gleichgang
mit ihm umlaufendem Werkzeugkopf mit einer Mehrzahl senkrecht verschiebbarer Werkzeugspindeln
Es ist bereits bekannt, hydraulische oder pneumatische Antriebe für den Vorschub
der Werkzeuge bei Werkzeugmaschinen verschiedener Art zu benutzen. Man hat derartige
Antriebe bisher jedoch noch nicht für den Vorschub von Werkzeugen in solchen inehrspindligen
Maschinen angewendet, bei denen der Werkzeugträger oder -kopf stetig im Gleichgang
mit dem Arbeitstisch umläuft.
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Die Erfindung betrifft zunächst die Verwendung von hydraulischen Werkzeugvorschubvorrichtungen
bei solchen selbsttätig arbeitenden Maschinen. Eine derartige Maschine besteht hauptsächlich
aus einem großen, stetig, aber langsam umlaufenden Werkzeugkopf, welcher auf einer
senkrechten Säule ruht und eine Mehrzahl von drehbaren Werkzeugspindeln trägt, die
ihrerseits während des Trägerumlaufs senkrecht zu diesem verschoben werden. Ein
Arbeitstisch läuft im Gleichgang mit dem Träger. Auf ihm befinden sich die zu bearbeitenden
Werkstücke, so daß innerhalb eines vollständigen Umlaufs von Werkzeugkopf und Arbeitstisch
die betreffende Bearbeitung vollendet ist. Zum Auswechseln der Werkstücke braucht
die Maschine im allgemeinen nicht angehalten zu werden.
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Die Werkzeuge werden hydraulisch verschoben, die hydraulische Kraftanlage
ist auf dein Träger fest angebracht und läuft mit diesem um. Sie ist so durchgebildet,
daß von außen her nur eine Zuleitung für elektrischen Strom und eine Zuleitung für
ein elastisches Druckmittel eingeführt werden müssen.
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Die Anordnung der hydraulischen Vorrichtungen auf dem Träger ergibt
eine stärke Belastung desselben. Die ganze Maschine muß infolgedessen bezüglich
der Lastenverteilung besonders sorgfältig durchgearbeitet werden. Das im folgenden
beschriebene Ausführungsbeispiel zeigt diese Durchbildung im einzelnen. Die einzelnen
Teile sind gedrungen und symmetrisch angeordnet und ergeben in ihrer Gesamtheit
eine gut ausgeglichene Maschine.
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Die Werkzeuge können rasch und langsam vorgeschoben werden. In der
Kraftanlage sind zu diesem Zweck zwei Druckerzeuger vorgesehen, und zwar eine Hochdruckpumpe
kleiner Förderung und eine Niederdruckpumpe großer Förderung. Die Niederdruckpumpe
bewegt das Werkzeug beim Leergang, die Hochdruckpumpe wird für den Arbeitsgang eingeschaltet.
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Das Vorsehen von Hochdruck- und Niederdruckpumpen zum Bewegen desselben
Maschinenteils ist an sich bekannt, jedoch unterscheidet sich die neue Anordnung
sowohl im allgemeinen Aufbau wie auch in den Einzelheiten wesentlich von den bekannten
Anordnungen.
Besonders vorteilhaft sind unter anderem die selbsttätigen
Steuervorrichtungen für das An- und Abschalten der Hochdruck-bzw. der Niederdruckleitung
zu vorbestimmten einstellbaren Zeiten.
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Die Erfindung ist im folgenden an einem Ausführungsbeispiel an Hand
der Zeichnungen erläutert.
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Abb. i zeigt eine stetig umlaufende Werkzeugmaschine im Längsschnitt.
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Abb. 2 läßt in Draufsicht die symmetrische Anordnung der einzelnen
Werkzeugeinheiten erkennen.
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Abb. 3 zeigt die eine einzelne Spindel betreibende Druckvorrichtung
im Grundriß im teilweisen Schnitt und Abb. 4 dieselbe im Aufriß.
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Abb. 5 zeigt einen einzelnen Druckzylinder im Längsschnitt, Abb.6
eine Stirnansicht von rechts zu Abb. 5 unter Hinzufügung der Regelvorrichtung für
die Druckmittelzufuhr zum Zylinder.
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Abb. 7 zeigt die Doppelkurvenscheibe zum Steuern der Regelvorrichtung,
Abb.8 die Regelventile für eine Werkzeugeinheit und Abb.9 eine Seitenansicht zu
Abb.8 von rechts, beide teilweise im Schnitt.
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Abb. io, i i und 12 stellen schematisch die Hauptstellungen der-Ventile
dar, und zwar entspricht Abb. so der Heranführung des Werkzeugs, Abb. i i dem eigentlichen
Arbeitsgang und Abb. 12 der Rückführung.
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Abb. i zeigt eine auf der Grundplatte i ruhende senkrechte Säule 2,
um welche, durch den zylindrischen Teil 5 miteinander verbunden, Arbeitstisch 3
und der Träger 4 für die einzelnen Werkzeugeinheiten 6 (Abb. 2) umlaufen, von denen
jede eine drehbare Spindel 7 hat. Im Ausführungsbeispiel sind sechs derartige Einheiten
vorhanden, deren Anzahl im übrigen beliebig sein kann. Die Maschine arbeitet im
allgemeinen so, daß die finit Werkzeugen versehenen Spindeln 7 sich während des
Umlaufs von Träger 4 und Arbeitstisch 3 senkrecht verschieben und so mit den auf
dem Tisch befestigten Werkstücken in Berührung kommen.
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Der durch ein beliebiges Antriebsmittel bewirkte Umlauf wird durch
das in Abb. i sichtbare Getriebe 8, 9, so, 12, 13 und 15 auf die auswechselbaren
Zahnräder 16 und 17 für die Tischbewegung übertragen. Die Übertragung geht weiter
über die Getriebeteile 18, i9, 2o 21 und 22. Zahnrad 22 greift in das große, mit
dem drehbaren Arbeitstisch 3 und damit auch mit dem Werkzeugkopf 4 fest verbundene
Rad 23 ein. Eine Kupplung 14 ermöglicht die Ausschaltung der Welle 15 und damit
des Antriebes für den Umlauf des Arbeitstisches und des Werkzeugkopfes. Zum Antrieb
für die einzelnen Spindeln 7 dient das aus der Welle so, den Kegelrädern 25, 26,
der Welle 27 und dem mittleren Zahnrad 28 bestehende Getriebe. Von dem Mittelrad
28 erfolgt die Übertragung Jeweils über die Zahnräder 29, 30, 31, Welle 32 und Zahnrad
33 auf das an jeder Spindel 7 befestigte Zahnrad 34 (Abb. 2). Die Spindeln 7 können
ohne Unterbrechung ihrer Umdrehung innerhalb der Räder 34 senkrecht verschoben werden.
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Der senkrechte Druck des umlaufenden Werkzeugkopfes 4 wird von dem
Drucklager 35 aufgenommen. Außerdem besitzt Säule 2 große Lagerflächen 36 und 36'
für die radialen Drucke und Welle 27 die Lager 37 und 38. Ein waagerechtes Zahnrad
39 (Abb. i) wird durch Zapfen 40 gegen Drehung um die Mittelsäule 2 festgestellt.
Welle 41 kann mittels Zahnrades 4z um das feststehende Rad 39 umlaufen und trägt
ein in das Zahnrad 44 eingreifendes Rad 43. Die Räder 39 und 44 sind gleich groß,
ebenso die Räder 42 und 43. Dies hat zur Folge, daß auch das Zahnrad 44 ruht.
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Ebenso ruht infolgedessen die auf Welle 45 befestigte Doppelkurvenscheibe
46. Diese Scheibe (Abb. 4 und 7) steuert in einer weiter unten im einzelnen geschilderten
Weise die Regelvorrichtungen, welche die Zuführung des Hoch- oder Niederdruckmittels
für den Antrieb des senkrechten Spindelverschubs regeln, und zwar werden alle Regelvorrichtungen
der verschiedenen Werkzeugeinheiten durch ein und dieselbe Kurvenscheibe 46 gesteuert.
Alle Einheiten können daher in übereinstimmender Weise eingestellt werden, und ihre
Bewegungen erfolgen in richtiger Zuordnung zueinander. Die Einführung dieser Doppelkurvenscheibe
für Regelvorrichtungen stellt eine wesentliche Vereinfachung für die Steuerung dieser
Vorrichtungen dar.
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Doppelkurvenscheiben sind bei Werkzeugmaschinen gleicher Art mit umlaufenden
Werkzeugen schon verwendet worden, jedoch nicht für die Steuerung von Regelvorrichtungen,
sondern in mechanischer Getriebeverbindung mit den Werkzeugspindeln.
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Im folgenden werden die Vorrichtungen für den Verschub der einzelnen
Spindeln 7 für eine einzelne Werkzeugeinheit beschrieben (Abb. 3, 4, 5); die anderen
Werkzeugeinheiten besitzen gleiche Ausrüstungen.
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In einem Zylinder 48 ist ein Differentialkolben 49 angebracht, der
die Kolbenstange 5o verschiebt, deren Zähne 51 in ein auf der Hohlwelle 53 befestigtes
Zahnrad 52 eingreifen. An der in dem Gehäuse 54 drehbar gelagerten Welle 53 ist
außen eine mit einer Anzahl von Löchern 56 versehene Scheibe 55 befestigt. Innerhalb
der Welle 53 befindet
sich eine Welle 57 mit einem Zahnrad 58, das
mit den Zähnen 59 der Spindel 7 (Abb. 4) kämmt.
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Der Weg der Spindel 7 kann durch die im folgenden geschilderte Einrichtung
im Verhältnis zum Kolben in an sich bekannter Weise verlegt werden. Am Außenende
der Welle 57 befindet sich ein durch Keil 6o befestigter Hebel 61, der eine Sperrvorrichtung
trägt, die auf der Scheibe 55 eingestellt werden kann. Die Sperrvorrichtung besteht
aus einem Zapfen 62, der in eines der Löcher 56 eingreift. Für gewöhnlich wird er
in der Eingriffsstellung durch eine Druckfeder 63 gehalten, welche gegen den Bund
64 des Zapfens 62 und auf der anderen Seite gegen den an der Führung 66 befestigten
Unterlegring 65 drückt. Zapfen 62 kann mittels der über die Führung 66 gleitenden,
mittels eines Stiftes 68 befestigten Griffhülse 67 zur Einstellung des Hebels 61
ausgehoben werden.
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Die Einstellung des Handgriffs 67 auf irgendeines der Löcher 56 verändert
die relative Stellung der Spindel ? gegenüber der Kolbenstange 50, verändert aber
weder die absolute Länge des Kolbenweges noch die des Spindelweges. Bewegt man beispielsweise
den Handgriff 67 bis zum Eingriff in das Loch 56' (Abb. 4), so steht die Spindel
7 in ihrer zurückgezogenen Lage höher als bei der in den Zeichnungen dargestellten
Einstellung.
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Außerdem befindet sich an dem Hauptgehäuse 69 ein Sperrvorsprung 70.
Ein Ansatz 71 an der Scheibe 55 kann auf diesen Sperrvorsprung auftreffen, wenn
die Scheibe sich dreht. Hierdurch wird die Bewegung des Kolbens 49 und entsprechend
diejenige der Werkzeugspindel ? begrenzt. Durch den Sperrvorsprung 70 ist
eine Einstellschraube 72 (Abb.4) geführt. Durch Drehung am Ende 73 kann die Schraube
72 genau eingestellt werden und so die Begrenzung der Scheibenbewegung erfolgen.
Durch diese Vorrichtung wird eine Feineinstellung im Zwischenraum zwischen zwei
benachbarten Löchern 56 ermöglicht. Diese Anordnung stellt eine sehr genau regelbare
Sperrvorrichtung zur Begrenzung der Spindelverschiebung nach unten dar und vermeidet
die sonst üblichen Sperrklinkenglieder.
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Das äußere Ende der Zahnstange 51 (Abb. 5 und 6) ist mit einem Querstück
75 und mit diesem ein hin und her gehender Teil 76 verbunden, welcher bei 77 gleitend
gelagert ist. Ein Nocken 78 an dem Teil 76 kann eine Rolle 79 verschieben, welche
auf einem in dem Lager 81 gleitenden Schlitten 8o befestigt ist: Der Nocken 78 ist
längs des Teils 76 mittels der Stellschraube 78' (Abb. 6) verstellbar. Stange 8o
besitzt einen Sperrteil 82, welcher in einen der Ventilzweige eingreifen kann, wie
weiter unten näher ausgeführt werden wird. Der Sperrteil 82 wird für gewöhnlich
durch die Druckfeder 83 nach außen gedrückt.
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Die hydraulische Anlage besteht in der Hauptsache aus einem Sammelgefäß
86 (Abb. i), der Niederdruckpumpe 89 (Abb. 2), dem Niederdruckbehälter 84 und der
Hochdruckpumpe 88. Sie ist auf dem Werkzeugkopf 4 befestigt und läuft mit ihm um.
Beide Pumpen werden durch einen elektrischen Motor 87 (Abb. 1,:2) angetrieben, der
auf dem Sammelgefäß 86 angebracht ist.
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Die Hochdruckpumpe 88 ist mit einer zum Niederdruckbehälter 84 führenden
Entlastungsleitung 136 versehen. Ein Entlastungsventil sorgt in bekannter Weise
dafür, daß bei vollkommenem Abschluß der Hochdruckleitungen überschüssiges Drucköl
durch die genannte Leitung abgeführt wird.
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Die feststehende Welle 85 auf der ruhenden Kurvenscheibe 46 trägt
die Zuleitung 97 für den elektrischen Strom, der von der ruhenden Verteilerscheibe
99 durch Bürsten der umlaufenden Scheibe ioo abgenommen und dem Motor 87 zugeführt
wird (Abb. i).
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Die Lieferung der Niederdruckpumpe ist zwar in bezug auf Druck und
Flüssigkeitsmenge gleichbleibend, aber die Entnahme aus dem Behälter 84 erfolgt
ungleichmäßig. Um dadurch hervorgerufene Druckschwankungen in der Niederdruckversorgung
auszuschalten, wird dem Behälter noch von außen ein elastisches Druckmittel zugeleitet,
welches durch Rohr 9o (Abb. i) dem ruhenden Ringkörper 9i zugeführt wird. Dieser
ist von einem sich drehenden Zylinder 92 umgeben, von welchem das Rohr 93 dem Behälter
84 Druckluft zuleitet, so daß im Behälter 84 unabhängig von der Höhe des Druckölspiegels
ein gleichbleibender Druck aufrechterhalten wird. Man kann an Stelle von Druckluft
auch andere Druckmittel verwenden. Der Druck im Behälter 84 ist für gewöhnlich ziemlich
niedrig. Der Behälter 84 ist mit dem Ende des Arbeitszylinders 48 (Abb. 5) verbunden,
an welchem sich die kleinere Kolbenfläche befindet. Zeitweise wird an dem anderen
Ende des Zylinders 48 Drucköl aus dem Behälter 84 gegen die größere Fläche des Kolbens
49 geleitet, wodurch der Kolben in den Abb. 3 bis 5 nach rechts bewegt und dann
durch den auf die kleinere Kolbenfläche wirkenden ständigen Druck zurückgeführt
wird, sobald die linke Seite des Zylinders nicht mehr unter Druck steht. Für die
Zuführung von Hochdrucköl zum linken Ende des Zylinders 48 geht von der Hochdruckpumpe
88 (Abb. io), welche das Druckmittel durch Rohr 95 aus dem Behälter 84 entnommen
hat,
das Rohr 96 ab, das verschiedene _ Zweigleitungen besitzt.
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Die Regelvorrichtung für die Druckmittelzuleitung (Abb. 4, 8, 9 und
io) besteht in der Hauptsache aus einem Zuleitungsschieber ioi und einem Ableitungsschieber
io2. Der Kolbenschieber ioi ist an seinem inneren Ende (in Abb. 4 links) mit einer
Rolle io6 versehen, welche mit dem oberen Teil der Kurvenscheibe 46 in Verbindung
steht. Entsprechend steht bei Kolbenschieber io2 eine Rolle 107 mit der Unterseite
der Kurvenscheibe in Verbindung. Die Schieber ioi, io2 werden für gewöhnlich durch
die Zugfedern. io8 nach rechts und damit gegen die Kurvenscheibe 46 gedrückt. Am
äußeren rechten Ende des Schiebers ioi befindet sich ein Vorsprung iog, welcher
zu bestimmten Zeiten von dem Sperrteil 82 erfaßt werden kann.
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Die Druckleitungen umfassen ein Rohr i i i, welches vom Behälter 84
ausgeht und durch das Verbindungsstück 112 ständig mit dem rechten Ende des Zylinders
48 in Verbindung steht. Eine Zweigleitung 113 führt zum Schieber ioi, durch welchen
hindurch das Druckmittel bei bestimmten Schieberstellungen über Rohr 114 und 115
zum linken Ende des Zylinders 48 strömt.
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Rohr 96 führt von der Hochdruckpumpe 88 durch den Hauptschieber ioi,
einen Zusatzschieber 117 (Abb. 8, 9) und durch Rohre i 18 und i 15 zum linken Ende
des Zylinders 48, dem somit bei bestimmten Schieberstellungen Hochdrucköl zugeführt
wird. Die Druckmittelableitung vom linken Ende des Zylinders 48 erfolgt durch Rohr
115 und i ig zum Schieber i o2 und durch die Ringnut i o 5 und das Rohr i2o zu dem
Sammelgefäß 86.
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Der Zusatzregelschieber 117 (Abb. 9) besteht in bekannter Weise aus
einem hohlen Drehschieber 1.21 mit einer dreieckigen öffnung 12z nach dem hohlen
Inneren hin. Am oberen Ende des Schiebergehäuses befindet sich eine Anzahl Löcher
123, welche nach einer Kammer 124 und durch das Rohr 118 zu dem Rohr 115 führen.
Das Innere des Schiebers 121 steht zu bestimmten Zeiten mit der Ringnut 103 in Verbindung;
dann wird dem linken Ende des Zylinders 48 durch den Zusatzregelschieber Hochdrucköl
zugeführt.
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Dieser Schieber ist für den bei den in Frage stehenden Maschinen oft
erforderlichen sehr hohen Druck besonders geeignet. Mit Ausnahme der dreieckigen
Öffnung 122 ist der Drehkörper i21 in dem Maße, wie Drucköl in das Innere einströmt,
vollkommen ausgeglichen. Das Drucköl führt den Drehkörper nach rechts (Abb. 9),
und zwar bis er auf die Dichtung 126 auftrifft, die durch die einstellbare Mutter
127 gehalten wird. Mittels des Hebels 128 kann der Schieber 121 von Hand eingestellt
werden, wobei die dreieckige Öffnung r22 mit einer kleineren oder größeren Anzahl
der Löcher 123 verbunden und eine sehr genaue Einstellung möglich wird. Es kann
verhältnismäßig einfach hergestellt -,werden. Die Löcher 123 werden von oben her
durch die Löcher 129 eingebohrt, welche dann durch Schrauben 130 wieder verschlossen
werden, die zwecks Reinigung des Schiebers leicht entfernbar sind.
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Abb. 7 zeigt die ruhende Kurvenscheibe 46 im Aufriß. Der Weg der darauf
gleitenden Rolle io6 umfaßt einen weit ausladenden Kurventeil 131, durch welchen
der Schieber ioi in die in Abb. io gezeigte Lage gebracht wird, einen einspringenden
Teil 132 und ein zwischen beiden liegendes Kurvenstück 133. Entsprechend ist die
Unterseite der Scheibe 46 mit Kurventeilen 134 und 135 versehen. Die untere Fläche
und die ihr entsprechenden Stellungen der Rolle 107 sind in Abb. 7, 1o, i i und
12 gestrichelt angedeutet.
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Abb. io zeigt den Schieber ioi durch Kurvenscheibenteil 131 ganz nach
links geführt, so daß der Sperrteil 82, der durch den Vorsprung iog am Schieber
ioi zurückgehalten war, ausgelöst wird und in den Weg dieses Vorsprunges springt,
wodurch der Schieber in der dargestellten Stellung festgehalten wird. Jetzt kann
aus dem Behälter 84 Niederdrucköl durch die Ringnut 104 und durch die Rohre 114
und 115 in den linken Teil des Zylinders 48 einströmen. Der Kolben 49 wird schnell
nach rechts gedrückt, was dem schnellen Spindelv orschub nach unten zur Heranführung
des Werkzeuges an das Werkstück entspricht. Zu passender Zeit wird der durch den
Kolben 49 bewegte Nocken 78 mittels der Rolle 79 den Schlitten 8o verschieben und
so den Vorsprung iog des Schiebers ioi freimachen, woraufhin der Schieber durch
die Feder io8 nach rechts gezogen wird. Da Nocken 78 längs des Teils 76 verstellbar
ist, kann diese Auslösung zu jeder gewünschten Zeit erfolgen. Der Kurvenscheibenteil
131 ist mittlerweile außer Berührung mit der Rolle io6 gekommen.
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Die nunmehrigen Schieberstellungen (Abb. i i) bewirken, daß Hochdrucköl
durch Ringnut 103 in den linken Teil des Zylinders 48 gelangt, um den Kolben 49
für den eigentlichen Arbeitsgang zu bewegen. Die Geschwindigkeit dieses Ganges wird
durch den Drehschieber 117 in dem-Rohr 118 eingestellt (Abb.9). Gleichzeitig schließt
der mittlere Teil des Schiebers ioi die Zuführung für Niederdrucköl.
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Abb. io und ii zeigten den Schieber io2 nach links gerückt und in
dieser Stellung durch den Kurvenscheibenteil135 gehalten. Dieser Schieber wird nunmehr
ausgelöst und
nach rechts bewegt (Abb. i2), wodurch der linke Teil
des Zylinders 48 durch Rohr i i9 mit Rohr i2o und dem Behälter 86 in Verbindung
gebracht wird. Der Schieber ioi bewegt sich infolgedessen nach links und führt den
Nocken 78 mit in die in Abb. io gezeigte Stellung.
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Durch die im vorstehenden angegebene Anordnung erzielt man eine bisher
imerreichte Wirtschaftlichkeit im Betriebe derartiger Maschinen. Die Niederdruckpumpe
89 pumpt das Druckmittel schnell, aber unter niedrigem Druck (etwa 3 kglqcm) aus
dein Sammelgefäß 86 in den Behälter 84 zurück. Dagegen muß die Pumpe 88 sehr hohen
Druck liefern. Sie braucht jedoch im Vergleich zur Niederdruckpumpe nur eine kleine
Menge zu fördern, da diese Pumpe Drucköl nur während des eigentlichen Arbeitsganges
zu liefern hat, welcher für gewöhnlich nur einen geringen Teil -der Gesamtbewegungsdauer
umfaßt. Auch verläuft der eigentliche Arbeitsgang langsam im Vergleich zu der schnellen
Hin- und Rückführung der Werkzeuge. Als Niederdruckpumpe kann man eine beliebige
Pumpenart von großem Fördervermögen verwenden, beispielsweise eine gewöhnliche Zentrifugalpumpe,
und in Verbindung mit ihr jede beliebige Hochdruckpumpe.
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Man kann annehmen, daß schon für den Betrieb einer einzigen Werkzeugeinheit
beträchtliche Druckmittelmengen erforderlich sind, die für die Minute etwa i81 betragen
können. Da der weitaus größere Teil davon bei ganz geringem Druck verwendet wird,
ergeben sich schon hier außerordentlich hohe Ersparnisse, die sich bei Maschinen
mit einer Mehrzahl von Werkzeugeinheiten entsprechend vervielfältigen.
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Es ergibt sich, daß die geschilderte Hochdruck-Niederdruckeinrichtung
für sehr verschiedene Verwendungszwecke mit Vorteil benutzt werden kann. Ebenso
können die anderen Teile der Erfindung in den verschiedenartigsten Ausführungsformen
und für mannigfaltige Arten von Maschinen Verwendung finden.