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HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
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Diese
Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum spanabhebenden Herstellen
von Löchern
in Kurbelwellen, und insbesondere zum spanabhebenden Herstellen
von Löchern
in Kurbelwellen in Serienfertigung.
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Gegenwärtig werden
Kurbelwellen für
Automobilmotoren, Lastwagenmotoren oder ähnliches in großen Produktionsvolumina
auf einer Transferstraße
mit vielen Stationen hergestellt und spanabhebend bearbeitet, wobei
jede Station dem spanabhebenden Herstellen von einem oder mehreren
Löchern
in den Kurbelwellen, wie Öllöchern, gewidmet ist.
Die Transferstraße
arbeitet dahingehend verhältnismäßig gut,
dass für
ein festgelegtes Produktionsmodell die gleiche Kurbelwelle identisch
platzierte Öllöcher bei
vielen Tausenden der hergestellten Kurbelwellen hat. Es ist ein
besonderes Problem, dass die Transferstraße sich dort nicht für Veränderungen
in der Motorkonstruktion eignet, wo es wünschenswert ist, den Motorhub
zu verändern
und hierdurch die besondere Winkelposition und Platzierung der Öllöcher in
den Kurbelwellen relativ zur Kurbelwellenachse zu verändern. Die
Transferstraßen
sind sehr lang, teuer und zeitaufwändig zum Aufbauen und Installieren.
Es müssen
große
und teure Befestigungseinrichtungen gebaut und präzise an
jeder der Transferstationen positioniert werden, von denen jede
einen Maschinenkopf mit einem Werkzeug oder Werkzeugen zum spanabhebenden
Herstellen von Löchern
hat. Die Fähigkeit,
Motoren zu modifizieren oder den Winkel und die Platzierung der
Kurbelwellenöllöcher zu
verändern,
ist eine Beschränkung,
die beim spanabhebenden Herstellen von Öllöchern in einer Transferstraße schwierig
zu überwinden
ist.
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Es
wird verstanden werden, dass solche Transferstraßen nicht gut angepasst sind,
um verschiedene Größen und
Formen von Kurbelwellen zu handhaben, ebenso wie für die eher
mäßigen Veränderungen
in den gleichen Kurbelwellen. Zusätzlich können die Öllöcher irgendwo entlang der und
quer zur axialen Länge
der Kurbelwelle und um den Umfang der Kurbelwelle an verschiedenen
Winkellagen angebracht sein. Somit bieten zweckbestimmte Transferstraßen weder
die gewünschte
Flexibilität
in bezug auf das Anpassen an sehr signifikante Veränderungen
in der Position und dem Winkel des Schneidwerkzeugs in bezug auf
die Längsachse
der Kurbelwelle, noch auf eine Winkellage um den Umfang der Kurbelwelle
vor.
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Auf
der anderen Seite ist die typische oder Standardwerkzeugmaschine
mit drei Bewegungsachsen ebenfalls nicht gut zum spanabhebenden Herstellen
von Kurbelwellen geeignet. Bei solch einer Dreiachsenmaschine wird
das Schneidwerkzeug normalerweise entlang einer gegebenen Achse,
vertikal oder horizontal, eingetaucht. Wenn das Schneidwerkzeug
zum Bohren der Öllöcher horizontal
entlang einer X- oder Eintauchachse bewegt wird, dann ist auch Standard,
dass sich die Dreiachsenmaschine vertikal in einer Y-Richtung normal
zur horizontalen Eintauchachse bewegen kann, um die Höhe oder die
Lage des Lochs entlang der Länge
in Längsrichtung
der Kurbelwelle zu verändern.
Die Bewegung in der dritten, senkrechten Ebene ist gewöhnlich eine Z-Achse
oder kann so genannt werden und wäre eine Bewegung in der horizontalen
Ebene normal zu der Eintauchachse. Solche Maschinen können jedoch nicht
ohne Weiteres Öllöcher irgendwo
entlang der Länge
der Kurbel und unter jedem Winkel über die Kurbelwelle spanabhebend
erzeugen.
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Somit
besteht Bedarf nach einer neuen und flexibleren Vorrichtung zum
spanabhebenden Herstellen von Öllöchern in
Kurbelwellen.
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JP 59 232 707 A ,
die den nächstkommenden Stand
der Technik darstellt, offenbart eine Vorrichtung zum spanabhebenden Herstellen
von Löchern in
Kurbelwellen, die einen Rahmen, einen auf dem Rahmen befestigten
Maschinenkopf mit einem Werkzeug, der, um zum spanabhebenden Herstellen
von Löchern
in der Kurbelwelle das Werkzeug der Kurbelwelle darzubieten, entlang
einer Eintauchachse bewegbar ist, sowie eine die Kurbelwelle befestigende Einrichtung
auf dem Rahmen, um die Kurbelwelle in verschiedenen Winkeln zur
Eintauchachse derart zu drehen, dass Löcher in verschiedenen Winkeln
zu ihrer Längsachse
spanabhebend hergestellt werden können, und eine Hülsenhalterung
zum Halten einer das Werkzeug führenden
Hülse umfasst.
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US 5,058,261 beschreibt
eine Bearbeitungsstation, die konstruiert ist, um in einem ersten
Arbeitsgang Werkstücke
zu drehen. In einem nachfolgenden Arbeitsgang sind Löcher in
das Werkstück
zu bohren. Die Werkzeugmaschine spannt die Werkstücke in einem
konventionellen Dreibacken- oder Vierbackenfutter. Das Futter ist
frei, um die Werkstücke um
ihre Längsachse
zu drehen. Das Futter selbst ist auf einem Tisch derart frei befestigt,
dass es sich um eine Achse rechtwinklig zur Drehachse des Futters drehen
kann. Der Tisch befindet sich auf einem Sattel, und der Sattel kann
entlang einer X-Achse und einer zur X-Achse rechtwinkligen Z-Achse
versetzt werden. Die Werkzeugmaschine umfasst des Weiteren einen
spindelmontierten Werkzeugkopf, der ein Werkzeug trägt. Das
Werkzeug kann um die Achse der Spindel gedreht und translatorisch
entlang einer Y-Achse bewegt werden. Die Y-Achse ist rechtwinklig sowohl zur X-Achse
als auch zur Z-Achse.
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Relativ
zu diesem Stand der Technik spricht die vorliegende Erfindung den
Bedarf nach der spanabhebenden Herstellung von Kurbelwellen mit
gesteigerter Produktivität
an.
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DARSTELLUNG
DER ERFINDUNG
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung werden eine Vorrichtung und ein Verfahren nach den Ansprüchen 1 und
24 bereit gestellt, bei denen ein Paar Kurbelwellen um ihre Längsachsen
gedreht und relativ zu einer festgelegten Eintauchachse von Schneidwerkzeugen
schräggestellt
wird, um synchron Öllöcher in
verschiedenen Positionen und Winkeln durch die Kurbelwellen spanabhebend
herzustellen. Die Schneidwerkzeuge können auch entlang und quer zur
Länge der
Kurbelwelle bewegt werden, um ein Loch irgendwo entlang und quer
zu der axialen Länge
der Kurbelwellen zu schneiden. Dies wird erzielt, indem die Schneidwerkzeuge
entlang einer festgelegten Achse bewegt, und indem die Kurbelwellen
in einem Werkstückhalter
oder einer Befestigung montiert werden, wobei Werkstückhalter
und Kurbelwellen sich relativ zu der Eintauchachse der Schneidwerkzeuge
schräg
stellen oder verschwenken; und indem das Paar Kurbelwellen um ihre
Längsachsen zu
derjenigen Umfangsposition zum Eindringen des Schneidwerkzeugs gedreht
wird. Um Öllöcher irgendwo
entlang und quer zur axialen Erstreckung der Kurbelwelle vorzusehen,
können
die Schneidwerkzeuge in Richtungen normal zu der Eintauchachse der
Werkzeuge bewegt werden. Somit wird in der bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung das Kurbelwellenpaar in einer Befestigung oder einem
Werkstückhalter
montiert; und die Befestigung wird geschwenkt, um den Winkel der
Kurbelwellen zur Eintauchachse zu verändern, und das Paar Kurbelwellen
wird um ihre Längsachsen
gedreht, um das Eindringen des Werkzeugs irgendwo um den Umfang der
Kurbelwellen zu ermöglichen.
Um die Lochposition entlang und quer zur axialen Länge der
Kurbelwelle zu lokalisieren, werden die Werkzeugköpfe relativ zu
den Kurbelwellen vertikal und horizontal versetzt.
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In Übereinstimmung
mit der vorliegenden Erfindung können
die Position und der Winkel der Öllöcher verändert werden,
indem die elektronische Softwaresteuerung kontrolliert wird, die rotatorische Drehachsenposition,
Grad der Neigung der Kurbelwellen und Lage der Eintauchachse relativ
zur Länge und
Breite der Kurbelwellen steuert.
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Es
ist bevorzugt, dass die Befestigung oder der Werkstückhalter
in ihr bzw. in ihm einen Spindelkasten und einen Reitstock aufweisen,
um die Kurbelwellen drehbeweglich zu befestigen, und dass sie auch
auf einer ihrer Seiten eine offene Fläche aufweisen, um ein Beschicken
und Entnehmen einer Kurbelwelle durch die offene Fläche zu erlauben.
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Gemäß einem
Aspekt der Erfindung ist mittels einer Hülsenlagerung eine Hülse zum
Führen
der Schneidwerkzeuge in die Kurbelwellen relativ zu den Kurbelwellen
und dem Schneidwerkzeug positioniert. Die Hülsenlagerung benützt einen
Vorschubmechanismus, um die Hülse
relativ zu der Kurbelwelle voranzutreiben und zurückzuziehen,
und um die Hülse während des
spanabhebenden Herstellens der Löcher
unabhängig
von der Eintauchachse in einer korrekten Relativposition zu halten.
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Gemäß einem
wichtigen Aspekt der Erfindung ist die Maschine zum spanabhebenden
Bearbeiten von unterschiedlichen Kurbelwellen dahingehend besonders
anpassbar, dass sie hierfür
verschiedene Schneidwerkzeuge und Hülsenlagerungen aus einem Bestand
von Werkzeugen und Hülsen verwendet,
die in einer automatischen Magazinier- und Ausgabeeinrichtung aufbewahrt
werden, wie einem Weingestell [engl.: wine rack], das Werkzeuge und
Hülsen
für jede
der besonderen Lochkonfigurationen aufbewahrt. Das heißt, die
Werkzeugmaschine ist in der Lage, für jede der besonderen Lochkonfigurationen
für eine
gegebene Kurbelwelle verschiedene Werkzeuge und Hülsen auszuwählen; und
selbstverständlich,
wenn eine unterschiedliche Größe, Gestalt
oder ein unterschiedlicher Typ einer Kurbelwelle verwendet wird,
kann der Bestand an Hülsen
und Schneidwerkzeugen verändert
werden, um die geeigneten Werkzeuge für die unterschiedlichen Kurbelwellen
vorzusehen.
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Vorzugsweise
ist in einer Position von dem Bearbeitungskopf entfernt ein automatischer
Werkzeugwechsler montiert; und die Werkstückbefestigung wird schräg gestellt,
um einen Raum zwischen ihr und dem Maschinenkopf zu vergrößern. Der Werkzeugwechsler
wird dann in diesen vergrößerten Raum
zwischen der Befestigung und dem Werkzeugkopf versetzt, und dann
wird das Werkzeug ausgetauscht und der Werkzeugwechsler wird in
seine entfernte Position zurückgebracht.
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Gemäß einem
anderen wichtigen Aspekt der Erfindung wird die Produktionsleistungsfähigkeit
der Vorrichtung erhöht,
indem eine Vielzahl von Kurbelwellen Seite an Seite in einer schräg stellbaren
und drehbaren Befestigung befestigt werden, so dass mehrere Kurbelwellen
gleichzeitig durch mehrere Werkzeuge spanabhebend bearbeitet werden,
die sich entlang paralleler Eintauchachsen bewegen. Dies gestattet
die erhöhte
Produktion gegenüber
einer einzigen Maschine.
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Somit
ist deutlich, dass die vorliegende Erfindung insbesondere auf die
Verwendung von flexibler Software und Maschinensteuerungstechnologie
gerichtet ist, um die Kurbelwellen rasch zu drehen und schräg zu stellen,
und um das Schneidwerkzeug in jede der verschiedenen Positionen
zu versetzen, die für
die Öllöcher benötigt werden.
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Die
bevorzugte Kurbelwellenmaschine ist eine Sechsachsenmaschine, wobei
ein Kurbelwellenpaar in einer Befestigung befestigt ist, die relativ zu
einer die Eintauchachse enthaltenden, festen Ebene um eine mittig
gelegene Schwenkachse oder um Drehzapfen schwenkt, wobei die Kurbelwellen
in der Befestigung um ihre jeweiligen axialen Achsen rotiert oder
gedreht werden. Das Schneidwerkzeugpaar ist befestigt, um sich in
einer ersten Eintauchrichtung zu bewegen, die normal zu denjenigen
Richtungen ist, in denen der Werkzeugkopf sich relativ zu der Länge der
Kurbelwelle und Breite versetzt, um die Löcher irgendwo entlang und quer
zu der Länge der
Kurbelwellen und unter jedem Winkel zu den Achsen der Kurbelwellen
zu positionieren. Es ist wesentlich schneller und einfacher, die
Steuerungs- und Signalpositionen verändern zu können, als die Ausrüstung einer
zweckbestimmten Transferstraße
gegenständlich
zu verändern.
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KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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Dieser
und andere Vorteile der Erfindung werden hervor gehen aus der folgenden,
ausführlichen
Beschreibung, betrachtet in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen,
in denen:
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1 eine
perspektivische Frontsicht einer Vorrichtung ist, mit der Löcher in
Kurbelwellen in verschiedenen Positionen und Winkelausrichtungen spanabhebenden
herstellbar sind, und die die vorliegende Erfindung ausführt;
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2 eine
Vorderansicht der Vorrichtung aus 1 ist und
die schwenkende, die Kurbelwellen haltende und drehende Befestigung
umfasst;
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3 eine
Vorderansicht mit entfernten Einzelheiten der Kurbelwellenhaltebefestigung
ist, so dass der Maschinenaufbau, die Maschinenköpfe, Schneidwerkzeuge und Hülsen detaillierter
erkennbar sind;
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4 eine
Draufsicht der Kurbelwellenbefestigung ist;
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5 eine
Seitenansicht der Kurbelwellenbefestigung ist;
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6 eine
vereinfachte, perspektivische Ansicht des Kurbelwellenhalters in
seiner Kurbelwellenentfern- oder
-aufnahmeposition ist; und
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7 eine
vereinfachte, perspektivische Ansicht des automatisierten Werkzeughalters
für Werkzeuge
und Hülsen
ist; und
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8 eine
Querschnittsansicht durch Wellendrehzapfen und Lager ist, die die
Halterung zur Schwenkbewegung befestigen.
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AUSFÜHRLICHE
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM
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Wie
es in den Zeichnungen zu veranschaulichenden Zwecken gezeigt ist,
wird die Erfindung in einer Multiachsenbearbeitungsvorrichtung 20 zum spanabhebenden
Herstellen von Löchern
in einem Paar Kurbelwellen 32 (3) ausgeführt. Wie
es am besten in 1 zu erkennen ist, umfasst die
Vorrichtung einen Dreiachsenmaschinenaufbau 22, um die Schneidwerkzeuge 36a und 36b translatorisch
zu bewegen, die zur Betätigung über einen
an dem Maschinenaufbau 22 befestigten Maschinenkopf 24 gehalten
sind. Der Maschinenaufbau 22 und eine Befestigung 30 zum
Halten und Drehen eines Paars Kurbelwellen 32 sind auf
einem Rahmen oder einem Maschinensockel 28 montiert. Eine
Vorrichtung 34 zum bzw. zur automatischen Werkzeugwechsel
und -zufuhr bietet eine Einrichtung zum Aufbewahren einer Vielzahl
von Schneidwerkzeugen 36, einschließlich der Schneidwerkzeuge 36a und 36b,
um verschiedene Lochkonfigurationen spanabhebend zu bearbeiten,
und eine Einrichtung zum automatischen Werkzeugwechsel, die durch
den Maschinenkopf 24 betätigbar von ihm gehalten werden
soll. Es werden softwarebetätigte
elektronische Steuerungen verwendet, um die Dreiachsenfähigkeiten
des Maschinenaufbaus 22, die Drehfähigkeiten der Befestigung 30 und
die automatische Beschickvorrichtung 34 zu steuern, damit
zum spanabhebenden Herstellen von Löchern in der Kurbelwelle 32 die
Kurbelwelle 32 und ein geeignetes Schneidwerkzeug 36a in
verschiedenen Lagen und in verschiedenen Winkelausrichtungen relativ
zueinander platziert werden.
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Die
Kurbelwelle 32 weist eine Längsachse 40 auf (3),
um die sie sich dreht, wenn sie sich in einem Motor befindet. In
der Kurbelwelle müssen
verschiedene Öllöcher 41 (4 und 5)
spanabhebend hergestellt werden, oftmals unter spitzen Winkeln zur
Kurbelwelle, wie es in 4 und 5 gezeigt
ist, zur Längsachse,
und es müssen
einige Öllöcher entlang
der Länge
der Kurbelwelle spanabhebend hergestellt werden. Die Öllöcher können sich auch
an verschiedenen rotatorischen Positionen oder Lagen um den Kurbelwellenumfang
befinden, so dass die Kurbelwelle relativ zu dem Werkzeug gedreht
werden muss, um die Öllöcher in
unterschiedlichen Umfangslagen um die Kurbelwelle spanabhebend herzustellen.
Mit Änderungen
im Motorhub können
die Öllöcher zu
anderen Umfangslagen, anderen Winkelneigungen relativ zur Achse,
und/oder anderen Lagen entlang der Länge der Kurbelwelle versetzt
werden. Es werden verbesserte Vorrichtungen benötigt, um diese gewünschten Änderungen
mit der verlangten Bearbeitungsgenauigkeit und Produktionsleistungsfähigkeit
bereit zu stellen.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung wird jede Kurbelwelle 32 relativ zu einem Schneidwerkzeug 36a in
dem Maschinenkopf 24 ohne Weiteres in einer Befestigung 30 positioniert,
die eine Dreheinrichtung aufweist, zum Drehen der Kurbelwelle 32 um
ihre Längsachse 40,
und eine Schrägstell-
und Schwenkeinrichtung 44 zum Schrägstellen der Kurbelwelle 32 um
eine horizontale Achse 46. Der Richtungspfeil A (1 und 3)
veranschaulicht die winklige Schrägstellbewegung um die horizontale
Achse 46 der Befestigung 30. Die Dreheinrichtung
dreht die Kurbelwelle 32 um ihre Längsachse, wie es durch den
Richtungspfeil B in 3 angegeben ist. Somit können in
verschiedenen Drehlagen um den Umfang der Kurbelwelle 32 und
unter verschiedenen Winkeln relativ zu der Längsachse 40 Löcher 41 spanabhebend
hergestellt werden. Jedes der Schneidwerkzeuge 36a und 36b ist
relativ zu der Kurbelwelle bewegbar, um entlang der Länge der
Kurbelwelle Löcher spanabhebend
herzustellen.
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Eine
Bewegung des Aufbaus 22 mit den Schneidwerkzeugen 36a und 36b darauf
in Richtung auf die Kurbelwellen 32 zu oder von ihnen weg,
zum spanabhebenden Herstellen von Löchern auf Tiefe, geschieht
vorzugsweise entlang einer horizontalen Eintauchachse Z, die eine
der drei Achsen des Maschinenaufbaus 22 ist. Das Schneidwerkzeug
kann lateral entlang einer zweiten horizontalen Achse X des Maschinenaufbaus 22 versetzt
werden, normal zu der Eintauchachse Z, um das Schneidwerkzeug relativ
zu der Kurbelwelle 32 zu platzieren, damit Löcher entfernt
von der Drehachse 40 der Kurbelwelle 32 spanabhebend
hergestellt werden können.
Das Schneidwerkzeug kann auch entlang der dritten Achse des Maschinenaufbaus
versetzt werden, die eine vertikale Achse Y ist. Diese Achse Y wird
verwendet, um das Schneidwerkzeug relativ zu der Kurbelwelle 32 zu
positionieren, um Löcher
irgendwo entlang der axialen Erstreckung der Kurbelwelle 32 spanabhebend
herzustellen.
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Um
die Wiederholgenauigkeit für
die schnell und nach den benötigten,
engen Toleranzen zu bohrenden Öllöcher vorzusehen,
wird es bevorzugt, Hülsen 60 zum
Führen
der Schneidwerkzeuge 36a und 36b in die Kurbelwelle 32 vorzusehen.
Die Hülsen werden
relativ zu der Kurbelwelle 32 und den Schneidwerkzeugen 36a und 36b durch
eine Hülsenlagerung 54 positioniert,
die an dem Maschinenaufbau 22 in der Nähe des Maschinenkopfs 24 montiert ist.
Die Hülsenlagerung 54 umfasst
eine Positioniereinrichtung 56 zum Vorschieben und Zurückziehen von
Hülsen 60 bis
zu der Kurbelwelle 32 entlang einer W-Achse, die koaxial
zur Eintauchachse Z verläuft,
aber unabhängig
von der Eintauchachse Z ist. Wenn das Schneidwerkzeug tiefer in
die Kurbelwelle 32 eintaucht, zieht die Positioniereinrichtung 56 die Hülsen 60 zurück, so dass
sie relativ zur Kurbelwelle 32 näher an dem Antriebskopf 61 für die Schneidwerkzeuge
sind, was es den Hülsen 60 ermöglicht, die
Schneidwerkzeuge in die Kurbelwelle 32 zu führen, um
eine erhöhte
Bearbeitungsgenauigkeit zu erzielen.
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Um
die Flexibilität
vorzusehen, Lochgrößen oder
Bearbeitungsvorgänge
auf jedes der herzustellenden Löcher
zu ändern,
umfasst die Vorrichtung vorzugsweise eine automatische Beschickvorrichtung 34,
um Schneidwerkzeuge 36 und zugeordnete Hülsen 60 für jede der
besonderen Lochkonfigurationen für
eine vorgegebene Kurbelwelle aufzubewahren, und eine Einrichtung,
um die Schneidwerkzeuge 36 an den Maschinenkopf 24 und
die Hülsen 60 an die
Hülsenlagerung 54 zu
transferieren. Dies ermöglicht
es der Werkzeugmaschine 20, verschiedene Schneidwerkzeuge 36 und
Hülsen 60 für jede der
besonderen Lochkonfigurationen für
eine vorgegebene Kurbelwelle auszuwählen. Die Werkzeugmaschine 20 ist
insbesondere für
das spanabhebende Bearbeiten von unterschiedlichen Kurbelwellen
anpassbar, da der Bestand von Schneidwerkzeugen 36 und
zugeordneten Hülsen 60 verändert werden
kann, um die für
das Bearbeiten von Kurbelwellen unterschiedlicher Konstruktion geeigneten
Werkzeuge bereit zu stellen.
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Es
werden softwaregetriebene elektronische Steuerungen verwendet, um
die drei Achsen Z, X, Y des Maschinenaufbaus 22, das Drehen
um die Achse B und das Schrägstellen
um die Achse A von Kurbelwelle 32 und Befestigung 30,
das Positionieren entlang der Achse W von Hülsenlagerung 54, und
die automatische Beschickvorrichtung 34 zu kontrollieren,
um zum spanabhebenden Herstellen von Löchern in der Kurbelwelle 32 relativ
zu dieser geeignete Schneidwerkzeuge 36 und Hülsen 60 zu
positionieren. Somit kann, wenn der Hub eines Motors verändert wird
oder von einer Kurbelwellenform zu einer anderen übergegangen
wird, die Software verwendet werden, um die Löcher neu zu platzieren, ohne
Befestigungen gegenständlich
neu platzieren zu müssen,
neue Befestigungen hinzufügen
zu müssen usw.,
so wie bei der spanabhebenden Fertigung von Kurbelwellen in Transferstraßen.
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Gemäß einem
wichtigen Aspekt der Erfindung wird die Produktionsleistungsfähigkeit
der Werkzeugmaschine erhöht,
indem eine Vielzahl von Kurbelwellen 32 Seite an Seite
in der Befestigung 30 befestigt sind, wie es in 4 gezeigt
ist, und indem an dem Maschinenaufbau 22 eine Vielzahl
von Maschinenköpfen 24 mit
Schneidwerkzeugen 36a und 36b angebracht sind,
wie es in 1 und 3 gezeigt
ist. In der Befestigung 30 werden die Kurbelwellen 32 um
ihre jeweiligen Längsachsen 40 in
der Winkelrichtung B gedreht; und die Befestigung 30 wird
in der Winkelrichtung A um eine horizontale Achse 46 schräg gestellt.
Dies ermöglicht
das gleichzeitige, spanabhebende Bearbeiten mehrerer Kurbelwellen 32 durch
mehrere, sich entlang paralleler Eintauchachsen Z bewegender Schneidwerkzeuge.
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Wenn
man sich nun in größerem Detail
der Beschreibung der Erfindung zuwendet, wird – wie es am besten in 1 und 3 der
Zeichnungen gezeigt ist – der
Dreiachsenmaschinenaufbau 22 durch einen Motor (nicht gezeigt)
für eine
Gleitbewegung in der Maschinenbasis bzw. dem Maschinenrahmen 28 entlang
der Eintauchachse Z angetrieben, der hinter dem Aufbau 22 auf
einem ortsfesten Sockel 66 des Rahmens 28 montiert
ist. Die angetriebene Z-Achse umfasst eine Rückkopplungseinrichtung, die
mit einem Schaltkreis verbunden ist, der den Motor steuert und präzise positioniert.
Der Motor ist mit einer horizontalen Antriebsspindel 68 (1)
verbunden, die in eine Mutter in dem Aufbau 22 geschraubt
ist, um den Aufbau zu versetzen. Das Ende der Z-Achsen-Antriebsspindel 68 ist
so montiert, dass es sich in einem Block 68a auf dem ortsfesten
Sockel 28 dreht. Der Block 22 wird zur Bewegung
in der Eintauchachsenrichtung Z durch seine linearen Wälzlager 64 geführt, die
entlang Führungsschienen 74 auf
dem Rahmen 28 verschiebbar sind. Der Maschinenkopf 24 wird
vertikal relativ zum ersten Schlitten entlang der vertikalen Achse
Y durch einen Motor 76 und seine Rückkopplungseinrichtung angetrieben,
die an dem Aufbau 22 befestigt sind und sich durch einen
Zahnkranz 76a, einen Riemen 76b und einen Zahnkranz 76c (3)
drehen, wobei eine sich vertikal erstreckende Spindel 78 in
eine Mutter geschraubt ist, die auf einem Maschinenkopfschlitten 82 montiert
ist. Der Maschinenkopfschlitten wird zur Bewegung relativ zu dem
ersten Schlitten in der vertikalen Achsenrichtung Y durch seine
linearen Lager 84 geführt,
die entlang vertikal festgelegter Führungsschienen 86 auf
dem ersten Vorschub 70 gleiten.
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Eine
seitliche Bewegung des Maschinenkopfs 24 entlang der seitlichen
oder zweiten horizontalen Achse X wird durch einen Motor 88 (3)
und seine Rückkopplungseinrichtung
(und Schaltkreiseinrichtung) vorgesehen, die an dem zweiten Schlitten 82 angebracht
sind. Der Motor 88 und ist mit einer horizontalen Schraube 89 verbunden,
die sich in einer an einem dritten Schlitten 94 angebrachten
Mutter 92 dreht, der zur Bewegung in der zweiten horizontalen
Richtung X durch seine horizontalen Linearlager 96 geführt wird.
Diese Gleitlager für
den dritten Schlitten sind in Eingriff mit Führungsschienen 98 und
gleiten horizontal auf dem zweiten Schlitten 82.
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Der
Maschinenkopf 24 wird durch den dritten Schlitten 94 getragen,
um sich horizontal relativ zur Drehachse 40 der Kurbelwellen 32 durch
die Bewegung des dritten Schlittens 94 entlang der zweiten horizontalen
Achse X zu bewegen. Da der Maschinenkopf und der dritte Schlitten
auf dem zweiten Schlitten 82 montiert sind, versetzt eine
Bewegung des zweiten Schlittens durch eine Bewegung des zweiten
Schlittens 82 entlang der vertikalen Achse Y das Werkzeug 36a vertikal
entlang der axialen Erstreckung der Kurbelwellen 32. Da
der Werkzeugkopf und der zweite Schlitten 82 auf dem ersten
Schlitten montiert sind und von ihm getragen werden, kann das Werkzeug 36 durch
die Bewegung des ersten Schlittens 70 entlang der Eintauchachse
Z zu der Kurbelwelle hin oder von ihr weg bewegt werden. Somit wird
eine Bewegung des Schneidwerkzeugs 36a, das in Wirkverbindung
von dem Maschinenkopf 24 gehalten ist, entlang der Eintauchachse
Z, der zweiten horizontalen Achse X und der vertikalen Achse Y durch
den an dem Rahmen 28 angebrachten Maschinenaufbau 22 vorgesehen.
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Damit
das Paar Eintauchwerkzeuge 36a an jeder Stelle zwischen
den Enden der jeweiligen Kurbelwellen Zugang zu den in der Befestigung 30 befestigten
Kurbelwellen 32 hat, liegt die Befestigung vorzugsweise
in der Form eines kastenförmigen,
offenen Rahmens 90 (6) vor,
mit einer großen,
mittigen, rechteckigen Öffnungsfläche 91,
um die Kurbelwellen im wesentlichen über ihre Gesamtheit freizulegen.
Dieser Rahmen 90 in der Gestalt eines offenen Kastens ist
durch die Schwenk- oder Schrägstelleinrichtung 44 um
die Schwenkachse 46 neigbar befestigt, wobei sich die Schwenk-
oder Schrägstelleinrichtung 44 an
der horizontalen Schwenkachse 46 befindet, die sich in
diesem Fall in einem mittleren Bereich zwischen dem oberen und unteren
Ende des Befestigungsrahmens 90 befindet.
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Wie
es am besten aus 1, 2, 4 und 6 zu
sehen ist, wird der Befestigungsrahmen 90 durch ein oberes
Trägerelement 100,
ein unteres Trägerelement 102,
ein linksseitiges Trägerelement 104 und
ein rechtsseitiges Trägerelement 106 definiert.
Die vier Trägerelemente
definieren einen rechteckigen, kastenartigen Rahmen 90,
um die Kurbelwellen, Spindelkästen,
Reitstöcke
und den Motor zum Drehen der Kurbelwellen zu tragen. Die vier Trägerelemente
bilden einen Teil der Befestigung, die um Achse A schwenkbar über Drehzapfen
befestigt ist. Somit hat der Stützrahmen 90 der
Befestigung 30 eine im wesentlichen rechteckige Form mit
einem offenen mittleren Bereich zum Montieren der Kurbelwellen 32 und
zum Vorsehen eines maximalen Zugangs für das Schneidwerkzeug zu den
Kurbelwellen 32.
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Ein
Schrägstellen
der Befestigung 30 relativ zu der Eintauchachse der Schneidwerkzeuge 36a und 36b wird
durch die Schwenkeinrichtung 44 bereit gestellt, die die
an den Mitten der linksseitigen und rechtsseitigen 106 Trägerelemente 104 und 106 der Befestigung 30 angebrachten
Wellenstummelndrehzapfen 124 umfasst (8).
Die Wellenstummelndrehzapfen erstrecken sich von dem linksseitigen und
rechtsseitigen Träger 104 und 106 horizontal nach
außen
und sind in großen
Lagern in stationären Lagerhalterungen 128 gelagert,
die jeweils an ihren unteren Enden mit der Oberseite des ortsfesten
Sockels 66 befestigt sind. Die Wellenstummelndrehzapfen
sind an ihren inneren Enden 124a fest an den Trägern angebracht,
so dass das Drehen der Drehzapfen auch die Träger und dadurch die Aufnahme um
die Schwenkachse durch die Mitten der Drehzapfen dreht. Die Drehzapfen
sind in großen
Lagern 129 (8) in Lagerbefestigungen 128 drehbar
gelagert, die an ihren unteren Grundteilen an dem Rahmenfuß 66 befestigt
sind. Diese großen
und schweren Drehzapfen und Lager bringen den Befestigungsrahmen für eine präzise Schrägstellung
an. Wie es am besten aus 1 zu sehen ist, wird der rechte
Drehzapfen 124 durch einen Motor 132 angetrieben,
der präzise positioniert
und geregelt wird. Eine geeignete Rückkopplungseinrichtung, die
eine Codiereinrichtung 190 umfasst, ist mit dem Ende des
linksseitigen Wellenstummelndrehzapfens 124 verbunden,
um exakte Informationen bezüglich
der Schrägstellung
der Befestigung und der Kurbelwellen vorzusehen. Der Motor 132 ist
auf dem Rahmenfuß 66 montiert.
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Um
die Drehzapfen 124 und die Befestigung 30 während des
spanabhebenden Bearbeitens präzise
gegen Rotation zu halten, weisen hydraulische Bremsen 192 einen
an den Wellendrehzapfen befestigten ersten, drehbaren Bereich 192a und
einen an der Lagerbefestigung 128 befestigten zweiten,
stationären
Bereich 192b auf. Die hydraulische Bremse 192 wird
durch ein Fluid in einer hydraulischen Bremsleitung 194 betätigt, um
die Wellendrehzapfen und dadurch die Befestigung gegen eine Bewegung während des
Bohrens von Löchern 140 in
die Kurbelwellen zu verriegeln.
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Die
Befestigung 30 kann zu einer Kurbelwellenaufnahmeposition
gedreht werden, wie es in 4 und 6 gezeigt
ist, in der die Befestigung im wesentlichen horizontal ist und eine
offene Fläche darbietet,
die das Beschicken von Kurbelwellen durch ihre offene Fläche ermöglicht.
Wenn die Befestigung 30 so schräg gestellt wird, dass die Kurbelwellen
zum spanabhebenden Bearbeiten zu den Werkzeugen zeigen, wie es in 1 gezeigt
ist, wurde die Unterseite der Befestigung in eine obere Position
gedreht, wobei ein Motor 118, Gleitstangen 127 und Kurbelwellengabelblöcke 170 und 172 am
weitesten oben sind, wodurch ein Anheben der Kurbelwellen durch
einen nicht gezeigten Portalkran verhindert wird. Wie erklärt wird,
befinden sich der Motor, die Gleitstangen und die Gabelblöcke alle
auf der Unterseite der Befestigung, so dass eine offene Fläche 91 auf
der oberen Seite der Befestigung zum Entfernen der bearbeiteten
Kurbelwellen aus den Gabelblöcken und
für das
Einführen
von neuen Kurbelwellen in die Gabelblöcke in der Befestigung zur
Verfügung
steht.
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Die
Kurbelwellen werden durch einen auf der Unterseite der Befestigung 30 montierten
Motor 118 (1 und 5) gleichzeitig
um ihre jeweiligen Längsachsen 40 gedreht.
Der Motor 118 weist eine Antriebswelle 119 auf,
die einen mit einem Antriebssteuerriemen 120 kämmenden
Zahnkranz 121a dreht. Der Steuerriemen ist auch um Zahnkränze 121b und 121c geschlagen,
die auf den Enden der in den Spindelkästen 123 drehbaren
Spindelkastenwellen 122 montiert sind. Die Zahnkränze und
der Steuerriemen werden durch eine dreieckförmige Abdeckung 121d (1 und 8)
abgedeckt. Codiereinrichtungen 180 (5) sind
auf den Enden der Wellen 122 der Spindelkästen angeschlossen,
um die exakte Drehlage der Kurbelwelle auszulesen. Die Spindelkästen sind
an einer stationären
Endplatte und dem oberen Trägerelement 100 der
Befestigung 30 befestigt, und das Gewicht der Spindelkästen wird auch
durch einen Querbalken 124 gestützt, der über die Seitenträgerelemente 104 und 106 der
Befestigung 40 reicht. Die Spindelkästen weisen Enden 108 zum
Eingreifen in und Zentrieren der oberen Enden der Kurbelwellen und
zum Aufbringen eines rotatorischen Drehmoments auf die Kurbelwellen
auf. An ihren gegenüberliegenden
Enden sind die Kurbelwellen jeweils drehbar in einem Reitstock 125 befestigt. Die
Reitstöcke 125 sind
jeweils in einem Gleitbalken oder Schlitten 126 befestigt.
Wie es am besten in 1 zu erkennen ist, ist der Gleitbalken 126 zum Verschieben
in Längsrichtung
entlang eines Paars paralleler Gleitstangen 127 montiert,
die so befestigt sind, dass sie sich in Längsrichtung entlang der Unterseite
der Befestigung 40 erstrecken. Die parallelen Gleitstangen 127 weisen
untere Enden (1) auf, die an einer an dem
unteren Endträger 102 des
Befestigungsrahmens befestigten Querplatte 129 montiert
sind. Obere Enden der Gleitstangen 127 sind fest an dem
oberen überspannenden
Balken 124 angebracht, der in Querrichtung übergreift
und an den Seitenträgern 104 und 106 des
Befestigungsrahmens befestigt ist.
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Um
die Reitstöcke 125 und
ihren Gleitschlitten 126 entlang der Gleitstangen 127 zu
versetzen, ist ein Antrieb, wie ein Hydraulikzylinder 132,
vorgesehen und an einer ortsfesten Querbefestigungsplatte 133 (1 und 5)
montiert, die in den Seitenträgern
der Befestigung 104 und 106 verschraubt ist. Der
Hydraulikzylinder 132 weist eine Kolbenstange 134 auf,
die über
eine Verbindung 184 mit einer axial ausgerichteten Stange 185 verbunden
ist. Wenn der Hydraulikzylinder betätigt wird, zieht er seine Kolbenstange 134 und
die angebrachte Stange 185 zurück und zieht den Gleitschlitten 126 entlang
der parallelen Gleitbalken 127 in Richtung auf den Motor
und den Spindelkasten. Das untere Ende der Stange 185 steht
durch ein Bohrloch in dem Reitstockstützbalken 126 vor.
Wenn die Kolbenstange 134 und die daran angebrachte Stange 185 in
Richtung auf den Motor gezogen werden, werden Federn 186 zwischen
einem Kragen 185a auf der Stange 185 und einer
Gabelplatte 188 komprimiert. Wenn die Kraft des Betätigungszylinders
gelöst
wird, versetzen die Federn 186 die Gabelplatte 188 und
die hiermit verbundenen Gabelblöcke 170 und 172 in
Richtung auf den Reitstock. Somit werden die Kurbelwellen auf den
sich auf den parallelen Gleitstangen 127 verschiebenden
Gabelblöcken 170 und 172 getragen.
Die Gabelblöcke stützen die
Kurbelwellen beim Entfernen einer bearbeiteten Kurbelwelle und nach
dem Platzieren einer neuen Kurbelwelle zur spanabhebenden Bearbeitung
auf den Gabelblöcken
und vor dem Eingriff der Spindelkästen und Reitstöcke mit
den Enden der Kurbelwellen.
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Wie
es am besten in den 1, 3 und 7 zu
sehen ist, bewahrt die automatische Beschickvorrichtung 34 Schneidwerkzeuge 36 und
zugeordnete Hülsen 60 in
einem an dem Rahmen 28 befestigten Matrixgestell 136 auf,
das gewöhnlich
als Weingestell [engl.: wine rack] bekannt ist, wobei eine Vorderfläche des
Weingestells 136 vom Maschinenaufbau 22 weg und
eine rückwärtige Fläche des Weingestells 136 zum
Maschinenblock 22 hin gerichtet ist. Das Weingestell 136 umfasst
eine Matrix an Aufbewahrungspositionen 138, von denen jede
ein Paar Schneidwerkzeuge 36 und deren zugeordnete Stützhülsen 60 enthält. Das
Weingestell 136 weist eine ausreichende Anzahl von Aufbewahrungspositionen
auf, um all die Schneidwerkzeuge 36 und zugeordneten Hülsen 60 aufzubewahren,
die benötigt werden,
um jede der besonderen Lochkonfigurationen für eine vorgegebene Kurbelwelle 32 spanabhebend
zu bearbeiten. Jedes Schneidwerkzeug 36 wird in einem Werkzeughalter
montiert, der ein vorderes Ende zum Halten des Schneidwerkzeugs
und ein rückwärtiges Ende
mit einem kegelförmigen
Schaft zum Wirkeingriff mit dem Maschinenkopf 24 hat. Jede
Hülse 60 hat
ein vorderes Ende zum Führen des
Schneidwerkzeugs 36 in die Kurbelwelle 32 und ein
rückwärtiges Ende
mit einem kegelförmigen Schaft
zum Eingriff mit der Hülsenlagerung 54.
Jedes Schneidwerkzeug 36 und die dazugehörige Hülse 60 werden
zusammen in einer Aufbewahrungsposition befestigt, wobei das Schneidwerkzeug 36 vollständig im
Eingriff mit seiner zugeordneten Hülse 60 steht. Die
Vorderseiten des Werkzeughalters 140 und der Hülse 60 sind
zur Vorderseite des Weingestells 136 gerichtet, wobei die
kegelförmigen
Schäfte
von sowohl dem Werkzeughalter 140 als auch der Hülse 60 sich
für den
jeweiligen Eingriff mit dem Maschinenkopf 24 und der Hülsenlagerung 54 von
der Rückseite
des Weingestells 136 aus erstrecken.
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Die
automatische Beschickvorrichtung 34 transferiert Schneidwerkzeuge 36 und
zugeordnete Hülsen 60 von
einer Aufbewahrungsposition in dem Weingestell 146 zu dem
Maschinenkopf 24 und zu der Hülsenlagerung 54. Dazu
ist das vertikale Weingestell 146 an einem Ort hinter einer äußeren vertikalen
Säule 150 montiert,
wenn das Weingestell sich in seiner Nichtwerkzeugwechselposition
befindet. Das Weingestell ist verschiebbar auf dem Sockel 66 des Rahmens 28 montiert,
um sich von der entfernten Nichtwerkzeugwechselposition aus 1 zu
einer Werkzeug- und Hülsenwechselposition
(nicht gezeigt) zwischen dem Werkzeugkopf und der Kurbelwellenbefestigung
zu bewegen. Um den Raum für
die Aufnahme des Weingestells vorzusehen, wird die Kurbelwellenbefestigung
zuerst in eine vertikale Position gedreht. Eine zweite vertikale
Rahmensäule 152 stützt eine
obere, horizontale Brücke 154,
die an ihrem gegenüberliegenden
Ende durch die erste Säule 150 gestützt ist.
Innerhalb der hohlen Brücke 154 ist
eine Antriebsseinrichtung 156 angebracht, um den Werkzeugträger in der
X-Achsenrichtung zu verschieben. Hierbei umfasst die Antriebsseinrichtung einen
Motor 160, der auf der Brücke angebracht ist, wobei seine
Motorwelle eine endlose Kette 162 antreibt, die sich zwischen
dem vom Antriebsmotor 160 angetriebenen Antriebszahnkranz 161 und
einem an dem Aufbau 22 montierten Zahnkranz 163 erstreckt. Eine
an der Kette befestigte Antriebsklammer erstreckt sich quer und
ist so an dem Weingestell befestigt, dass das Weingestell dann entlang
der U-Achse gezogen wird, wenn sich die Kette 162 entlang einer „U"-Achse zum Versetzen
bewegt. Die U-Achse ist parallel zu der „X"-Achsenbewegung des Werkzeugkopfs. Das
Weingestell wird zum Verschieben entlang der „U"-Achse durch obere Gleitstücke auf
dem Weingestell und der Brücke,
und untere Bronzeführungsgleitstücke geführt, die
auf dem ortsfesten Sockelrahmen 24 gleiten.
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Die
automatische Beschickvorrichtung 34 transferiert Schneidwerkzeuge 36a und 36b und
Hülsen 60 aus
einer Aufbewahrungsposition in dem Weingestell zu dem Maschinenkopf 24 und
zu der Hülsenlagerung 54.
Wenn das Weingestell in seiner Werkzeug- und Hülsentransferposition ist, verschiebt der
Maschinenaufbau 22 anschließend den Maschinenkopf 24 und
die Hülsenlagerung 54 translatorisch nach
vorne, in Eingriff mit den jeweiligen kegelförmigen Schäften des Werkzeughalters 140 und
der Hülse 60.
Der Maschinenkopf 24 und die Hülsenlagerung 54 werden
dann translatorisch nach oben verschoben, um das Schneidwerkzeug 36 und
die zugeordnete Hülse 60 aus
dem Weingestell 136 anzuheben. Der Transfer eines Schneidwerkzeugs 36 und einer
zugeordneten Hülse 60 aus
dem Maschinenkopf 24 und der Hülsenlagerung 54 zurück zu dem Weingestell 138 wird
in einer ähnlichen
Weise durchgeführt,
wobei der Maschinenaufbau 22 den Maschinenkopf 24 und
eine Hülsenlagerung 54 translatorisch
in eine Position verschiebt, so dass sie das Schneidwerkzeug 36 und
die Hülse 60 in
die entsprechende Aufbewahrungsposition 138 platzieren
können.
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Die
vorliegende Erfindung ist insbesondere auf die Verwendung von flexibler
Software und Maschinenregelungstechnologie gerichtet, um rasch geeignete
Werkzeuge auszuwählen,
die Kurbelwellen 32 zu drehen und schräg zu stellen und die Werkzeuge
in jede der verschiedenen Positionen zu versetzen, die zum spanabhebenden
Herstellen von Löchern
in einer Kurbelwelle 32 benötigt werden. Es ist wesentlich
schneller und einfacher, die durch Software gesteuerten elektronischen
Regelungen der Maschinenvorrichtung 20 zu verändern, als gegenständlich eine
zweckbestimmte Transferstraßenausrüstung zu
verändern.