-
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
-
Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Spindeleinheit mit Druckfuß zur Bearbeitung
eines Werkstücks,
während
dasselbe durch den Druckfuß auf
einen Arbeitstisch gedrückt
wird, gemäß dem Oberbegriff
von Anspruch 1, wie es zum Beispiel vom US-A-S 123 789 bekannt ist.
-
Bisher
gab es eine Spindeleinheit mit eingebautem Motor, deren Bearbeitungsleistung
durch die Erhöhung
der Drehgeschwindigkeit eines Bohrers, d.h. eines Bearbeitungswerkzeugs,
verbessert wurde, wie zum Beispiel im japanischen Patent Nr. 62-197903
offen gelegt wurde. Diese Spindeleinheit ist so angeordnet, dass
die Drehbewegung des Bohrers, d.h. eine Bearbeitungsgeschwindigkeit,
beschleunigt wird, indem nur eine Rotorwelle, d.h. eine den Bohrer
fixierende Spindel, bei der Bearbeitung von Werkstücken auf
und ab bewegt wird, wenn die Rotorwelle durch ein Gehäuse, d.h.
einen Körperabschnitt
der Einheit, drehend und beweglich geführt wird. Diese Anordnung erlaubt
es nicht nur, die Drehgeschwindigkeit zu erhöhen, sondern auch die bei der
Bearbeitung auftretende Vibration zu verringern.
-
Derart
ermöglicht
es der sich auf dem neuesten Stand der Technik befindlichen Spindeleinheit, ein
Loch genau an der vorbestimmten Stelle zu bohren, indem ein Loch
in ein Werkstück
gebohrt wird, während
der Randbereich des zu bearbeitenden, durch einen Druckfuß angedrückten Werkstücks nach
unten gedrückt
wird, d.h. durch eine Druckfußelement
zum Andrücken
des Werkstücks
auf den Arbeitstisch.
-
Allerdings
erfordert die sich auf dem neusten Stand der Technik befindliche
Spindeleinheit mit Druckfuß andere
Antriebselement, um den Druckfuß zusätzlich zum
Antriebselement, das die Rotorwelle dreht, zu bewegen, um so den
Druckfuß und
die Rotorwelle bei der Bearbeitung von Werkstücken separat bewegen zu können. In
diesem Fall hat das Antriebselement des Druckfußes ebenso eine Rolle bei den
Druckelementen gespielt, die den Druckfuß nach unten auf das Werkstück drücken, und
es erwies sich als schwierig, die Bearbeitungsleistung zu erhöhen, wenn
für die
Druckelemente Druckluft verwendet wurde, da deren Reaktion bei einem
Wechsel der Druckrichtung langsam ist.
-
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
-
Es
ist ein Ziel der Erfindung, eine Spindeleinheit (nach Anspruch 1)
mit einem Druckfuß zur
Verfügung
zu stellen, deren Verarbeitungsleistung sogar dann verbessert werden
kann, wenn für
die Druckelement Druckluft verwendet wird.
-
Da
die Spindeleinheit mit dem Druckfuß so angeordnet ist, dass das
gängige
lineare Antriebselement (Linearmotor) die Spindel und das Druckfußelement
bewegt, das über
die Zwischenschaltung der Druckelemente (Luftzylinder) mit den Halterungselementen
verbunden ist, kann das Druckfußelement schnell
synchron zur Spindel bewegt werden, derart die Verarbeitbarkeit
verbessernd. Da des Weiteren die Druckelemente das Werkstück stets
mit einem vorher festgelegten Druck während des Vorgangs anpressen,
ist es möglich
zu vermeiden, dass das Bearbeitungswerkzeug, wie z.B. der Bohrer,
beschädigt
wird. Diese Anordnung erlaubt es auch, die Struktur der Einheit
zu vereinfachen und zu verkleinern.
-
Vorzugsweise
umfasst die Spindeleinheit (100) mit Druckfuß ebenfalls
ein federndes Element (22), das sich zwischen den Körpern (4, 16)
und den Halterungselementen (6, 12) befindet,
um die Halterungselemente (6, 12) so in die Richtung
zu zwingen, in der der Rand (1b) der Spindel (1)
und das Druckfußelement
(Druckfuß)
(53) vom Werkstück
getrennt werden.
-
Diese
Anordnung verhindert, dass die Spindel und die Druckfußelemente
durch ihr Eigengewicht absinken und das Werkstück oder das Bearbeitungswerkzeug
beschädigen,
sogar wenn das lineare Antriebselement (Linearmotor) nicht in Betrieb
ist.
-
Die
Spindeleinheit (100) mit dem Druckfuß wird bevorzugt so konstruiert,
dass ein Teil des Körpers
(4, 16), auf dem die Spindel (1) gelagert
ist, trennbar in Richtung quer zur Richtung der Achse (O) ist.
-
Diese
Anordnung erlaubt es, eine verschlissene Spindel einfach und schnell
zu ersetzen.
-
Es
wird darauf hingewiesen, dass die Referenzziffern in Klammern hinzugefügt wurden,
um den Zusammenhang mit den Darstellungen zu erleichtern und den
Aufbau der Erfindung in keiner Weise einschränken.
-
Die
spezifische Art der Erfindung, sowie anderer, sich daraus ergebender
Gegenstände,
Verwendungen und Vorteile werden in der anschließenden Beschreibung und den
begleitenden Darstellungen verdeutlicht.
-
KURZE BESCHREIBUNG DER ABBILDUNGEN
-
1 ist
eine Ansicht von vorn, zum Teil abschnittsweise, einer Spindeleinheit
mit Druckfuß nach
einer Ausführungsart
der Erfindung.
-
2 ist
eine Ansicht von vorn einer Spindeleinheit mit Druckfuß der Ausführungsart.
-
3A und 3B sind
entlang der Linie A-A in 2. vorgenommene Querschnittsansichten,
wobei 3A einen Zustand zeigt, bei
dem eine Spindel in einen Sockel platziert wird, und 3B einen
Zustand zeigt, bei dem die Spindel aus dem Sockel genommen wird.
-
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSART
-
Eine
Spindeleinheit mit Druckfuß einer
bevorzugten Ausführungsart
der Erfindung wird unter Bezugnahme auf die Darstellungen erklärt werden,
in denen in den unterschiedlichen Ansichten Ziffern oder die dazugehörigen Teile
referenzähnlich
gekennzeichnet sind.
-
1 ist
eine Ansicht von vom, zum Teil abschnittsweise, einer Spindeleinheit
(100) mit dem Druckfuß der
Ausführungsart.
-
Am
Rand (1b) der Spindel (im Folgenden als Rotorwelle bezeichnet)
(1) der Spindeleinheit (100) sind ein Spannfutter
(2) und eine Feder (3) angeordnet, um das Spannfutter
(2) in der Abbildung aufwärts zu treiben. Das Spannfutter
(2) besitzt eine Vielzahl an Schlitzen, die nicht an der
Seite des Bohrers (40) entlang einer Achse (O), d.h. eines
Achsdrehpunkts der Rotorwelle (1), gezeigt werden, so dass
der Durchmesser radial reduziert werden kann.
-
Der
Bohrer (40) wird von einem Spannfutter (2), d.h.
einem Rückhaltelement,
durch eine Radialkraft gehalten, die erzeugt wird, wenn die Feder
(3) das Spannfutter (2) anhält und eine konische Fläche (1a),
gebildet an der Innenseite der Rotorwelle (1), die konische
Fläche
(2a) andrückt,
die um den äußeren Umfang
des Spannfutters (2) gebildet ist.
-
Die
Rotorwelle (1) wird radial von einer Vielzahl radialer
Luftlager (5) gehalten, die in einem Gehäuse (4)
angeordnet sind, und wird entlang der Ausrichtung der Achse (O)
von einem Axialdruck-Luftlager
(7) gestützt
und positioniert, in dem ein Flansch (1f) an seinem Ende
in einer vertikalen Anschlusswelle (6) gebildet wird.
-
Ein
aus einem Abschlussring-Kupferelement gebildeter Rotor (8)
wird um die Rotorwelle (1) herum angeordnet. Eine Spule
(Stator) (9) ist im Gehäuse (4)
auf einer der Spule (9) zugewandten Fläche angeordnet. Der Rotor (8),
d.h. die Rotorwelle (1), dreht sich, wenn eine Stromversorgung über die
Spule (9) erfolgt. Derart bilden die Spule (9)
und der Rotor (8) einen Drehmotor (17), d.h. ein
drehendes Antriebselement.
-
Über dem
Spannfutter (2) ist eine Druckstange (10) angeordnet.
Die Druckstange (10) ist innerhalb der Rotorwelle (1)
entlang der Achse (O) beweglich. Das Gehäuse (4) ist auf einem
Sockel (16) befestigt. Das Gehäuse (4) und der Sockel
(16) bilden einen Körperteil
der Einheit.
-
Die
vertikale Anschlusswelle (6) ist mit einem beweglichen
Element (12) mittels Bolzen (11) verbunden. Die
vertikale Anschlusswelle (6) und das bewegliche Element
(12) bilden die Halterungselemente. Auf der Seite des beweglichen
Elements (12) ist ein Magnet (14) angeordnet,
der zusammen mit der Spule (13) einen Linearmotor (18)
bildet. Die Spule (13) ist so im Sockel (16) angeordnet,
dass sie dem Magnet (14) zugewendet ist. Das bewegliche
Element (12) bewegt sich entlang der Achse (O), wenn Strom über die
Spule (13) zugeführt
wird. Es wird darauf hingewiesen, dass, wenn das lineare Antriebselement
aus einem Linearmotor (18) besteht, nicht nur der Linearmotor
(18), sondern auch andere lineare Antriebselemente wie
Hydraulikzylinder verwendet werden können.
-
Das
bewegliche Element (12) ist in Lagern (15) gelagert,
um so innerhalb des Sockels (16) entlang der Achse (O)
bewegt werden zu können.
Das bewegliche Element (12) ist im Körper mit einer Anschlussplatte
(20) verbunden, indem ein Flansch (12f), der am
oberen Ende des beweglichen Elements (12) angeordnet ist,
mit der Anschlussplatte (20) mittels Bolzen (21)
befestigt wird. Eine Feder (22), d.h. ein federndes Element,
wird zwischen der Anschlussplatte (20) und dem Sockel (16)
eingefügt, um
die Anschlussplatte (20) in der Abbildung nach oben zu
treiben.
-
Über dem
Sockel (16) ist ein Zylinder (30) angeordnet.
Führungen
(32) stützen
eine Stange (31) des Zylinders (30), so dass sich
die Stange (31) entlang der Achse (O) bewegt. Die Führungen
(32) befinden sich innerhalb des beweglichen Elements (12).
Wenn die Stange (31) am oberen Ende stehen bleibt, entfernt
sich der Rand (das untere Ende) der Stange (31) vom oberen
Ende der Druckstange (10).
-
Ein
Paar Luftzylinder (50) ist mittels Bolzen (51)
an der Anschlussplatte (20) befestigt. Ein Druckfuß (53)
ist an den Stangen (52) der Luftzylinder (50) mit
Bolzen (54) befestigt. Die Stangen (52) sind so angeordnet,
dass sie sich in die Luftzylinder (50) hinein und aus ihnen
heraus bewegen. Der Luftzylinder (50) ist so angeordnet,
dass die Luft von beiden Seiten zu- und abgeführt wird. Die Anschlussplatte
(20), die Luftzylinder (50) und der Druckfuß (53)
bewegen sich in einem Körper,
wenn das bewegliche Element (12) bewegt wird. Allerdings
bewegt sich der Druckfuß (53)
getrennt von der Anschlussplatte (20) auf- und abwärts, wenn
die Richtung der Luft, die in den Luftzylinder (50) eingelassen
wird, geändert
wird. Im Sockel (16) fixierte Führungen (55) halten
die Stange (52), so dass sie entlang der Achse (O) bewegt
werden kann. Die Luftzylinder (50) werden so mit Luft versorgt,
dass während
des Bearbeitungsvorgangs auf die Kolbenstange (52) stets
ein nach unten wirkender Druck anliegt. Die Luftzylinder (50)
bilden die Druckelemente.
-
Als
nächstes
wird der Betrieb der Spindeleinheit (100) mit Druckfuß der Ausführungsart
erklärt.
-
Zuerst
werden die Schritte zur Fixierung/Lösung des Bohrers (40)
erläutert.
-
Beim
Austausch des Bohrers (40) ist der Zylinder (30)
in Betrieb. Wenn die Stange (31) gesenkt wird, bewegt die
Druckstange (10) das Spannfutter (2) in der Abbildung
nach unten, also gegen die Kraft der Feder (3). Wenn die
konische Fläche
(2a) des Spannfutters (2) sich von der konischen
Fläche
(1a) der Rotorwelle (1) entfernt, löst sich
die Kraft des Spannfutters (2), das den Bohrer (40)
hält, auf
somit den Bohrer (40) vom Spannfutter (2) lösend. Danach wird
ein neuer Bohrer (40) in das Innere des sich in diesem
Zustand befindlichen Spannfutters (2) eingeführt, und
die Stange (31) wird nach oben bewegt, damit das Spannfutter
(2) den neuen Bohrer (40) fixiert.
-
Als
nächstes
wird ein Bearbeitungsvorgang der Spindeleinheit (100) mit
Druckfuß der
Ausführungsart
erklärt.
-
Zu
Beginn der Bearbeitung eines Werkstücks drückt der Luftzylinder (50)
den Druckfuß (53), d.h.
das Druckfußelement,
durch die Luft im Zylinder (57) in der Abbildung nach unten.
Dann wird nach der Ausrichtung der Achse (O) auf den Bearbeitungspunkt
der Spule (13) Strom zugeführt, um die Anschlussplatte
(20) also gegen die Kraft der Feder (22) so weit
abzusenken, bis die Kante (Beitelkante) des Bohrers (40)
die vorher festgelegte Stellung erreicht. Beim Absenken der Anschlussplatte
(20) beginnen der Druckfuß (53) und die Rotorwelle
(1) ebenfalls, sich abwärts
zu bewegen. Wenn dann der Druckfuß (53) mit seinem
unteren Ende das Werkstück
(41) berührt,
beendet er seine Abwärtsbewegung,
drückt das
Werkstück
(41) nach unten und steigt im Verhältnis zur Rotorwelle (1),
die sich weiterhin nach unten bewegt. Während dieser Zeit verdichten
der Druckfuß (53)
und die Anschlussplatte (20) den Luftzylinder (50),
der die jeweiligen Bewegungen des Druckfußes (53) und der Rotorwelle
(1) aufnimmt. Es wird darauf hingewiesen, dass der Zylinder
(57) stets mit dem vorher festgelegten Luftdruck versorgt
wird, und der Druckfuß das
Werkstück
immer mit gleichem Druck andrückt,
selbst beim Fortschreiten des Bohrvorgangs des Werkstücks und
bei einem sich verändernden
Abstand zwischen dem Druckfuß (53)
und dem Rand (1b) der Rotorwelle (1). Es ist auch
möglich,
dass der Zylinder (57) den vorher festgelegten Druck beibehält, indem
ein Ventil geschlossen wird, während
der Zylinder (57) weiterhin mit dem vorher festgelegten
Luftdruck versorgt wird.
-
Beim
Bohren eines Loches in ein Werkstück (41) bis zu einer
gewünschten
Tiefe mittels der Spitze des Bohrers (40), wird die Richtung
des die Spule (13) versorgenden Stroms umgekehrt, um die
Anschlussplatte (20) durch den Linearmotor (18),
d.h. das lineare Antriebselement, anzuheben. Hier wird der Druckfuß (53)
durch den Luftzylinder (50) nach unten gedrückt. Dazu
wird der Bohrer (40) zuerst aus dem Werkstück (41)
herausgezogen, und dann der Drckfuß (53) vom Werkstück (41)
getrennt.
-
Da
das bewegliche Element (12), die Anschlussplatte (20),
die Luftzylinder (50), der Druckfuß (53), die Rotorwelle
(1) und der Bohrer (40) beim oben beschriebenen
Vorgang in auf-/absteigender Richtung miteinander verbunden sind,
bewegen sich die Anschlussplatte (20), die Luftzylinder
(50), der Druckfuß (53)
und andere Elemente gemeinsam nach unten, wenn die Anschlussplatte
(20) durch den Linearmotor (18) abgesenkt wird,
um dem Druckfuß (53)
so zu ermöglichen,
das Werkstück
(41) anzudrücken,
ohne die Luft zu den Luftzylindern (50) zu steuern. Dementsprechend
kann der Druckfuß (53) gleichzeitig
und schnell zusammen mit dem beweglichen Element (12) und
der Anschlussplatte (20) abgesenkt werden, ohne nicht aufgezeigte,
elektromagnetische Ventile zu steuern, die an die Luftzylinder (50)
angeschlossen sind, um den Luftstrom zu steuern, derart die Leistung
der Bohrarbeiten verbessernd.
-
Des
Weiteren ist es möglich,
den Druckfuß (53)
und andere Elemente in dem Zustand anzuheben, bei dem die Luftzylinder
(50) mit Luft versorgt werden, indem die Anschlussplatte
(20) nach Beendigung der Bohrarbeiten durch den Linearmotor
(18) angehoben wird. In diesem Fall bewegt sich der Druckfuß (53)
ebenfalls nach oben, da ein Kolben des Kolbens (52) gegen
die untere Fläche
des Zylinders (57) stößt. Beginnen
sie, sich zu heben, bewegt sich der Druckfuß (53) allerdings
mit Verzögerung nach
oben. In diesem Fall ist es auch möglich, den Druckfuß (53)
rascher vom Werkstück
(41) zu trennen und zur nächsten Bohrstation zu transportieren, indem
die entgegengesetzten Seiten der Luftzylinder (50) mit
Luft versorgt werden, um so den Druckfuß (53) in die Richtung
zu bewegen, in der er vom Werkstück
(41) getrennt wird.
-
In Übereinstimmung
mit der vorliegenden Ausführungsart
werden der Druckfuß (53)
und die Rotorwelle (1) mittels eines Linearmotors (18),
d.h. der gängigen
Antriebsquelle, über
die dazwischen geschaltete Anschlussplatte (20) betrieben,
so dass beide synchron und ohne jegliche erforderliche, spezielle
Hilfsmittel bewegt werden können.
-
Es
wird darauf hingewiesen, dass, obwohl in der oben beschriebenen
Ausführungsart
der Magnet (14) an der seitlichen Fläche des beweglichen Elements
(12) angeordnet ist, es unnötig ist, den Magneten (14)
vorzusehen, wenn das bewegliche Element (12) aus einem
magnetische Material wie Eisen besteht.
-
Auf
diese Weise ist die Spindeleinheit (100) der vorliegenden
Ausführungsart
so konstruiert, einen schnellen Austausch des Spindelkörpers (70)
zu ermöglichen,
wenn ein Spindelkörper
(70) ersetzt werden muss, da es sich um ein Verschleißteil handelt.
Der Spindelkörper
(70) umfasst die Rotorwelle (1), das Gehäuse (4)
und die vertikale Anschlusswelle (6). Außerdem schließt der Spindelkörper (70)
das Spannfutter (2), die Feder (3), den in der
Rotorwelle (1) eingebauten Rotor (8), die radialen
Luftlager (5), die im Gehäuse (4) eingebaute
Spule (9) und das in der vertikalen Anschlusswelle (6)
gebildete Axialdruck-Luftlager
(7) mit ein.
-
2 ist
eine Ansicht der Spindeleinheit (100) der Ausführungsart
von vorn, und die 3A und 3B sind
entlang der Linie A-A in 2. vorgenommene Querschnittansichten,
wobei 3A einen Zustand zeigt, bei
dem eine Spindel in einen Sockel platziert wird, und 3B einen
Zustand zeigt, bei dem die Spindel aus dem Sockel genommen wird.
-
Das
Gehäuse
(4) passt in eine im Sockel (16) ausgearbeitete,
U-förmige
Aussparung (61), und ist am Sockel (16) mittels
eines kugelförmigen
Gehäusedeckels
(62) mit dazwischen liegenden Druckgummis (63)
befestigt. Zwei Druckgummis sind entlang der Achse (O) angeordnet
und werden zwischen dem Gehäusedeckel
(62) und dem Gehäuse
(4) angedrückt,
wenn der Gehäusedeckel
(62) mit Bolzen (64) am Sockel (16) befestigt
wird, derart das Gehäuse
(4) elastisch an den Sockel (16) anpressend.
-
Aufgrund
des oben beschriebenen Aufbaus der Spindeleinheit (100)
kann der Spindelkörper
(70), wie in 3B gezeigt, einfach von Sockel
(16) abgebaut werden, indem die Bolzen (64) abgeschraubt werden,
dabei gleichzeitig die Bolzen (11) lösend und den Gehäusedeckel
(62) vom Sockel (16) abnehmend. Dementsprechend
ist es möglich,
den Spindelkörper
zu ersetzen oder das Innere der Einheit einfach zu warten.
-
Es
wird darauf hingewiesen, dass in diesem Fall es einfacher ist, ihn
zu entfernen, wenn vorher der Druckfuß (53) ausgebaut wird.
-
Auch
wenn die bevorzugten Ausführungsarten
beschrieben wurden, werden die in diesem Bereich Sachkundigen dennoch
mit sich im Rahmen der vorliegenden Erfindungskonzepte liegenden
Variationen konfrontiert werden, die durch die folgenden Ansprüche geschildert
werden.