EP0798133A2

EP0798133A2 - Kennzeichnungswerkzeug

Info

Publication number: EP0798133A2
Application number: EP97105253A
Authority: EP
Inventors: Karl Bauch; Luis Obermeier
Original assignee: Iobb Produktideen Vorausentwicklung und Problemlosungen GmbH
Current assignee: Iobb Produktideen Vorausentwicklung und Problemlosungen GmbH
Priority date: 1996-03-27
Filing date: 1997-03-27
Publication date: 1997-10-01
Also published as: DE19612181A1; EP0798133A3; DE19612181C2

Abstract

Zur Vereinfachung der Kennzeichnung und sicheren Beschriftung von auf NC-Bearbeitungsmaschinen hergestellten Werkstücken wird ein Kennzeichnungswerkzeug vorgeschlagen, wobei ein Prägewerk (15) und ein Schlagstück (13) relativ zu einer in die Bearbeitungsmaschine einsetzbaren Werkzeugaufnahme (1) axial beweglich gelagert sind und das Schlagstück (13) durch Vorschubbewegung (V) vorspannbar ist. Insbesondere ist dabei die automatisierte Einwechselung mittels Werkzeugwechsler möglich, so daß eine bedienerlose Kennzeichnung erreichbar ist. <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft ein Kennzeichnungswerkzeug zur Beschriftung von Werkstücken, die auf numerisch gesteuerten Bearbeitungsmaschinen, insbesondere Fräsmaschinen und Bearbeitungszentren mit automatischem Werkzeugwechsler, hergestellt werden.
Die immer strenger werdenden Vorgaben zur Qualitätssicherung und Produkthaftung, beispielsweise die CE-Vorschriften, erfordern vermehrt, daß nicht nur das komplette Produkt vorschriftsmäßig beschriftet wird, sondern auch einzelne Komponenten zuverlässig und dauerhaft lesbar gekennzeichnet werden. Damit läßt sich auch der aktuelle Qualitätszustand nachvollziehen und dokumentieren. Zudem dienen derartige Kennzeichnungen auch zur Vereinfachung der Montage, indem beispielsweise Komponenten oder Bauteile mit zugeordneten Nummern aneinandermontiert werden. Zudem ist durch eine derartige Kennzeichnung auch in der Ersatzteilbeschaffung nützlich, da häufig die Komponentennummer mit der Zeichnungsnummer übereinstimmt und somit Einzelteile ggfs. noch nach Jahren angefertigt werden können.
Zur Kennzeichnung und Beschriftung von Werkstücken, die auf Bearbeitungsmaschinen, beispielsweise Fräsmaschinen oder CNC-Bearbeitungszentren, hergestellt werden, werden nach wie vor häufig sog. Schlagstempel verwendet, wie sie seit Jahrzehnten gebräuchlich sind. Diese Kennzeichnungsmethode ist jedoch sehr zeitaufwendig und zudem fehlerbehaftet, da die Schlagstempel vertauscht werden können. Zudem ist insbesondere bei längeren Seriennummern das Erscheinungsbild der Beschriftung ungleichmäßig, da der manuelle Hammerschlag sowie der Buchstaben- bzw. Nummernabstand variiert. Aus diesem Grund werden häufig sog. Numerierprägewerke eingesetzt, die in Art eines Datumstempels mehrere Prägeräder aufweisen, die mit jedem Prägeschlag weitergeschaltet werden. Diese Weiterschaltung kann hierbei auf- oder absteigend erfolgen oder auch ggfs. überspringend. Obwohl hierbei eine Vereinheitlichung der Beschriftung erreicht wird, ist die Kennzeichnung als solche noch vorwiegend Handarbeit, wobei beispielsweise das Prägewerk nicht immer korrekt zur zu beschriftenden Fläche ausgerichtet ist, so daß hierdurch eine ungleichmäßige Kennzeichnung folgt.
Um diesen Nachteilen, wie ungleichmäßiges Erscheinungsbild und zeitaufwendige Kennzeichnung, abzumildern, werden zunehmend Laser-Kennzeichnungsmaschinen eingesetzt, die jedoch neben der Bearbeitungsmaschine einen gesonderten Arbeitsplatz benötigen. Auch wenn eine Laser-Kennzeichnung im Prüf- und Kontrollraum durchgeführt wird, ist hierbei ein zusätzlicher Arbeitsaufwand erforderlich, da das hergestellte Werkstück entsprechend ausgerichtet werden muß. Zudem kann es nach wie vor zu Zuordnungsfehlern zwischen dem hergestellten Werkstück und dem dann gekennzeichneten Werkstück kommen, insbesondere aufgrund von Verwechslungen beim Transport von der Bearbeitungsmaschine auf die Prüf- und/oder Kennzeichnungsmaschine.
Demzufolge liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Kennzeichnungswerkzeug für NC-Bearbeitungsmaschinen zu schaffen, mit dem die Kennzeichnung und Beschriftung von Werkstücken vereinfacht und sicherer gestaltet wird.
Diese Aufgabe wird gelöst mit einem Kennzeichnungswerkzeug gemäß den Merkmalen des Patentanspruches 1.
Durch das vorgeschlagene Kennzeichnungswerkzeug ist eine automatische Beschriftung von Werkstücken direkt auf der NC-Bearbeitungsmaschine möglich, da das Kennzeichnungswerkzeug mittels eines meist ohnehin vorhandenen Werkzeugwechslers einwechselbar und durch Spindelvorschub betätigbar ist. Damit entfällt ein gesonderter Arbeitsplatz für die Kennzeichnung, so daß die Durchlaufzeit reduziert und der Herstellungsaufwand minimiert werden kann. Zudem ist hierbei eine Komplettbearbeitung von Werkstücken direkt auf dem Bearbeitungszentrum möglich, insbesondere in Verbindung mit ebenfalls einwechselbaren Meßtastern, so daß die Logistik vereinfacht wird, insbesondere gesonderte Aufspannvorgänge entfallen können und damit eine Verwechslung der dem jeweiligen Werkstück zugeordneten Kennzeichnung auf dem Transportweg ausgeschlossen wird.
In vorteilhafter Weise wird dabei die Schlagfeder des Kennzeichnungswerkzeuges durch Spindelvorschub der NC-Bearbeitungsmaschine vorgespannt, wobei zugleich eine exakte Anlage des Kennzeichnungswerkzeugs an der zu kennzeichnenden Werkstückfläche erreicht wird. Zugleich kann mit dieser Vorschubbewegung eine Weiterschaltung des Prägewerkes, z. B. um eine Nummer, erfolgen. Bei der entgegengerichteten Spindelbewegung wird dann der Schlaghub ausgelöst, wobei aufgrund der Federvorspannung ein konstanter Präge- oder Kennzeichnungsdruck erreicht wird. Im Zusammenwirken mit der exakten Ausrichtung und der gleichbleibenden Schlagenergie ergibt sich somit ein sauberes Erscheinungsbild, so daß die Verwendung von ansonsten oft üblichen Typenschildern weitgehend vermieden werden kann.
In der bevorzugten Ausführungsform kann zudem die durch den Spindelhub erreichbare Vorspannung des Kennzeichnungswerkzeuges bzw. des zugeordneten Schlagstückes eingestellt werden, so daß die Schlagenergie des Prägewerkes variabel an das jeweils zu beschriftende Werkstück bzw. dessen Werkstoff angepaßt werden kann. Bevorzugt wird diese Einstellung durch eine zentrisch in der Werkzeugaufnahme, insbes. einem Aufnahmekegel eingesetzte Schraube vorgenommen. Dabei kann diese Einstellung auch vor der Einwechslung des Kennzeichnungswerkzeuges direkt im Werkzeugmagazin gesteuert oder manuell vorgenommen werden. Es sei darauf hingewiesen, daß neben dem Einsatz in spanenden Bearbeitungsmaschinen das Kennzeichnungswerkzeug auch für die Beschriftung von Schildern oder Blechen und dergleichen in Verbindung mit Maschinen der spanlosen Fertigung verwendet werden kann.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des Kennzeichnungswerkzeuges sind Gegenstand der Unteransprüche.
Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel des Kennzeichnungswerkzeuges anhand der Zeichnungen näher erläutert und beschrieben. Hierin zeigen:

Fig. 1: eine Längsschnittdarstellung des Kennzeichnungswerkzeuges vor dem Einsetzen in eine zugeordnete Werkzeugmaschinenspindel;
Fig. 2: eine um 90° um die Längsachse gedrehte Halbschnitt-Darstellung des Kennzeichnungswerkzeuges gemäß Fig. 1;
Fig. 3: das in den Figuren 1 und 2 dargestellte Kennzeichnungswerkzeug bei der Anlage an eine zu kennzeichnende Prägefläche; und
Fig. 4: das Kennzeichnungswerkzeug in der vorgespannten Position unmittelbar vor Auslösung des Präge- oder Schlaghubes.

In Fig. 1 ist ein Kennzeichnungswerkzeug zur Beschriftung von Werkstücken dargestellt, das als Hauptbestandteile eine hier als Steilkegel ausgebildete Werkzeugaufnahme 1, eine darin eingesetzte Verbindungsschraube 2 und ein hier nach rechts weisendes Prägewerk 15 aufweist. Die nachfolgend bei diesem bevorzugten Beispiel als Aufnahmekegel bezeichnete Werkzeugaufnahme 1 wird in die Bearbeitungsspindel 8 einer Werkzeugmaschine eingesetzt, und zwar bevorzugt mittels eines nicht näher dargestellten Werkzeugwechslers, der an einer üblichen Griffrille des Aufnahmekegels 1 angreift. Zudem ist an dem Aufnahmekegel 1 ein Positionierelement 1b, bevorzugt in Form einer Abflachung (vgl. Fig. 2), vorgesehen, um bezüglich der Längsachse des Kennzeichnungswerkzeuges eine winkelgenaue Positionierung zu ermöglichen. Nach Einsetzen des Aufnahmekegels in den Innenkonus der Bearbeitungsspindel 8 wird der Aufnahmekegel 1 über eine Spannvorrichtung 1c, insbesondere eine Schraubverbindung oder sonstige Arretierungsvorrichtung, in der Bearbeitungsspindel 8 fixiert.
Es sei darauf hingewiesen, daß die Verbindungsschraube 2 im Innern des Aufnahmekegels 1 durch die hier linke Bohrung für die Spannvorrichtung 1c zugänglich ist, so daß hierdurch die effektive Länge der Verbindungsschraube 2 verändert werden kann, da eine zugeordnete Mutter 12 für die Verbindungsschraube 2 verdrehfest innerhalb des Kennzeichnungswerkzeuges gelagert ist. Um die Verbindungsschraube 2 herum ist eine Schlagfeder 3 und eine Anlagefeder 4 vorgesehen, deren Funktion im Zusammenhang mit den Figuren 3 und 4 beschrieben wird.
Bei dem in Fig. 1 dargestellten Einsetzen des Aufnahmekegels 1 in die Arbeitsspindel 8 der Werkzeugmaschine wird ein Stift 5 in Richtung der Längsachse zu dem das Prägewerk 15 bildenden Werkzeugkopf geschoben. Dabei drückt eine Ausgleichsfeder 6 über einen darin gelagerten Schaltbolzen 7 einen Schalthebel 16 des Prägewerks 15 nach vorne. Hierdurch wird beim Einsetzen des Kennzeichnungswerkzeuges mit Anlage an der Spindelplanfläche zugleich die Weiterschaltung der Ziffern bzw. Buchstaben im Prägewerk 15 gewährleistet, um beispielsweise die Kennzeichnung mit fortlaufenden Nummern oder Buchstaben zu erreichen. Das Weiterschalten für fortlaufende Kennzeichnungszahlen kann nicht nur durch den teleskopierbaren Stift 5, der an die Spindelplanfläche angreift, erfolgen, sondern auch im Rahmen des Vorspannvorganges oder des Prägeschlagablaufes. Dem Prägewerk 15 können auch seitlich Firmenlogos oder andere durch Verschraubung oder Steckverbindung angebrachte Prägestempel angegliedert sein.
In Fig. 2 ist eine um 90° gedrehte Halbschnitt-Darstellung des Kennzeichnungswerkzeuges dargestellt, woraus die Gestaltung der Greiferrille 1a für den Werkzeugwechsler der nicht näher dargestellten Bearbeitungsmaschine und das Positionierelement 1b in Form einer Abflachung zur winkelgenauen Positionierung des Aufnahmekegels 1 bezüglich der Bearbeitungsspindel 8 ersichtlich ist. Ebenso ist die Anordnung des Stiftes 5 und des Schaltbolzens 7 gezeigt, sowie auch das hier aus sechs Prägescheiben 18 bestehende Prägewerk 15, das mit Senkkopfschrauben 17 auswechselbar an einer Lagerhülse 14 befestigt ist.
In Fig. 3 ist das Kennzeichnungswerkzeug mit seinem Aufnahmekegel 1 in die Bearbeitungsspindel 8 eingesetzt, so daß durch entsprechende X-Y-Z-Bewegung in den Koordinatenachsen der numerisch gesteuerten Bearbeitungsmaschine das Prägewerk 15 des Kennzeichnungswerkzeuges an die gewünschte Stelle verfahren wird. Diese Stelle an einer Prägefläche A als Positionsdaten in der NC- oder CNC-Steuerung einprogrammiert, beispielsweise an einem Eckbereich einer vorher plangefrästen Fläche, so daß die Prägescheiben 18 des Prägewerks 15 an dieser Fläche A anliegen. Durch den Axialvorschub der Bearbeitungsspindel 8 schiebt sich das Kennzeichnungswerkzeug in sich zusammen, da sich das Prägewerk 15 mit der Lagerhülse 14 über der Verbindungsschraube 2 teleskopierbar auf den Aufnahmekegel 1 zubewegen kann. Die Lagerhülse 14 nimmt hierbei ein Schlagstück 13 bei dieser Relativbewegung gegenüber dem Aufnahmekegel 1 mit, wobei dieses Schlagstück 13 zugleich innerhalb dem Aufnahmekegel 1 geführt ist. Durch diese wesentliche axiale Relativbewegung zwischen dem Aufnahmekegel 1 und dem Prägewerk 15 werden die Druckfedern 3, 4 und 6 vorgespannt, da das Prägewerk 15 an der Prägefläche A anliegt, während sich die Arbeitsspindel 8 auf die Prägefläche A zubewegt und hierbei der Aufnahmekegel 1 über das Schlagstück 13 und die Lagerhülse 14 gestülpt wird. Dieser numerisch gesteuerte Teleskopier- bzw. Zusammenschiebvorgang endet, nachdem ein Zylinderstift 11 in eine Bohrung 13b eingreift, da der Zylinderstift 11 über eine an einem Gewindestift 9 abgestützte Druckfeder 16 beaufschlagt ist. Die Bohrung 13b ist hierbei zentrisch in einer Axialnut 13a des Schlagstückes 13 angeordnet. In dieser Axialnut 13a kann sich zudem eine Führungsnase 14a mit einer Rampe 14b verschieben, wie dies im Zusammenhang mit Fig. 4 näher erläutert wird. Während des Zusammenschiebens der Druckfedern 3 und 4 gleicht die relativ weiche Druckfeder 6 über den Schaltbolzen 7 die Distanzdifferenz zwischen dem Stift 5 und dem Schalthebel 16 des Prägewerks 15 aus. Durch die in Fig. 3 dargestellte Vorschubbewegung gemäß Pfeil V wird somit die Schlagfeder 3 um diesen Vorschubbetrag zusammengedrückt und damit vorgespannt, da in dieser zusammengedrückten Raststellung des Kennzeichnungswerkzeuges das Arretierstück 11 in die Bohrung 13b des Schlagstückes 13 eingreift. Hierdurch wird das Schlagstück 13 bezüglich dem Aufnahmekegel 1 arretiert.
Nach dieser Vorschubbewegung um den Betrag V wird die Vorschubbewegung der Bearbeitungsspindel 8 umgekehrt, d. h. die Bearbeitungsspindel gemäß dem Pfeil Z von der Prägefläche A weggefahren. Das Prägewerk 15 bleibt dabei in Anlage mit der Prägefläche A, da die Anlagefeder 4 dieser Zurückbewegung der Bearbeitungsspindel 8 folgt, also die Lagerhülse 14 wieder in den ausgefahrenen Zustand verschiebt. Die Schlagfeder 3 bleibt jedoch nach wie vor gespannt, da das Schlagstück 13 durch den Eingriff des Arretierstückes 11 in die radial ausgerichtete Bohrung 13b nahe an der Werkzeugaufnahme, hier dem Aufnahmekegel 1 gehalten wird, wie dies in Fig. 4 dargestellt ist. Gegen Ende der Zurückbewegung gemäß dem Pfeil Z nähert sich die Rampe 14b dem Arretierstück 11 und drückt dieses radial nach außen, wie dies in Fig. 4 dargestellt ist. Hierdurch wird die Arretierung des Schlagstückes 13 gelöst, so daß sich die vorgespannte Schlagfeder 3 schlagartig entspannen kann und das Schlagstück 13 beschleunigt, bis dieses auf die beabstandete Lagerhülse 14 aufschlägt. Diese Bewegungsenergie des relativ schwer ausgeführten Schlagstückes 13 wird über die Lagerhülse 14 auf das Prägewerk 15 übertragen, so daß dessen Prägescheiben 18 die vorher eingestellten Zeichen (Buchstaben oder Nummern) an der Prägefläche A an definierter Stelle einschlagen.
Nach dem weiteren Zurückfahren des Kennzeichnungswerkzeuges von der Prägefläche A auf dem Werkstück erfolgt dann das automatische Wechseln des Kennzeichnungswerkzeuges zurück in das Werkzeugmagazin. Falls jedoch nacheinander mehrere Werkstücke gekennzeichnet werden sollen, wie dies bei Mehrfachaufspannung prinzipiell gleicher Werkstücke der Fall ist, kann durch unmittelbar darauffolgendes Wiedereinsetzen des Kennzeichnungswerkzeuges die Weiterschaltung des Prägewerkes 15 erreicht werden. Ebenso kann mit der Spindel eine geeignete Position zum Zusammendrücken des Kennzeichnungswerkzeuges und damit zur Betätigung des Schalthebels 16 zum Weiterschalten des Prägewerkes 15 angefahren werden.
Es sei darauf hingewiesen, daß das Prägewerk 15 gegenüber dem Aufnahmekegel 1 um einen bestimmten Winkel (z. B. 90°) um die Längsachse gedreht werden kann, wenn gegenüber der hier dargestellten Position mit einer horizontal verlaufenden Nummern- oder Buchstabenfolge diese in Vertikalrichtung aufgebracht werden soll. Dieses Verdrehen kann insbesondere dann erforderlich sein, wenn die Werkzeugmaschinenspindel nur eine Kennposition hat. Es sind jedoch auch Werkzeugmaschinen im Einsatz, bei denen die Verdrehposition der Bearbeitungsspindel 8 mit der numerischen Steuerung beliebig positionierbar und gradweise erfaßbar ist. In diesem Falle kann somit die Positionierung der Kennzeichnungszeile (z. B. von horizontal auf vertikal verlaufend) durch Verdrehsteuerung der Bearbeitungsspindel 8 um 90° oder 270° vorgenommen werden.
Die vorstehend angesprochene Verdrehbewegung des Prägewerks 15 bezüglich dem Aufnahmekegel 1 kann auf einfache Weise durch den bevorzugten Aufbau mittels der zentral verlaufenden Verbindungsschraube 2 vorgenommen werden. Die der Verbindungsschraube 2 zugeordnete Mutter 12 ist hierbei innerhalb der Lagerhülse 14 verdrehfest angeordnet, so daß der Kopf der Verbindungsschraube 2 von dem hier linken Ende des Aufnahmekegels 1 erreichbar ist, beispielsweise mit einem Steckschlüssel. Durch Verdrehen der Verbindungsschraube 2 kann zudem der Abstand zwischen dem Schraubenkopf der Verbindungsschraube 2 und der Mutter 12 verändert werden, so daß der Vorspann- und Arbeitsweg der Schlagfeder 3 einstellbar ist. Über diese Veränderung des Vorspannweges der Schlagfeder 3 kann somit auch die auf das Prägewerk 15 wirkende Schlagenergie eingestellt werden. Damit ist die Prägetiefe auf unterschiedliche Bedingungen, insbesondere die Werkstoffqualität des Werkstoffes, abzustimmen.
Es sei darauf hingewiesen, daß statt des bei NC-Bearbeitungsmaschinen allgemein üblichen Aufnahmekegels als Werkzeugaufnahme 1 das Kennzeichnungswerkzeug auch in ein Schnellspannfutter oder eine Pinole eines Reitstockes einer Drehmaschine eingewechselt werden kann. In diesem Falle kann die Werkzeugaufnahme 1 anstatt des hier beschriebenen Aufnahmekegels auch eine zylindrische Schaftaufnahme oder eine Vielkantaufnahme besitzen oder als Zylinderhohlschaft (z. B. nach der DIN 69663 bzw. 69893) ausgebildet sein.

Claims

Kennzeichnungswerkzeug zur Beschriftung von auf NC-Bearbeitungsmaschinen hergestellten Werkstücken, umfassend ein Prägewerk (15) und wenigstens ein Schlagstück (13), dadurch gekennzeichnet, daß
das Prägewerk (15) und das Schlagstück (13) relativ zu einer in die Bearbeitungsmaschine einsetzbaren Werkzeugaufnahme (1) axial beweglich gelagert und durch deren Vorschubbewegung (V) vorspannbar sind.
Kennzeichnungswerkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Werkzeugaufnahme (1) und dem Schlagstück (13) eine Schlagfeder (3) angeordnet ist.
Kennzeichnungswerkzeug nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Werkzeugaufnahme (1) und einer Lagerhülse (14) des Prägewerks (15) eine Anlagefeder (4) angeordnet ist.
Kennzeichnungswerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Werkzeugaufnahme (1) ein Arretierstück (11) aufweist, das in das Schlagstück (13) eingreifbar gelagert ist, wobei dem Arretierstück (11) vorzugsweise eine Bohrung (13b) in dem Schlagstück (13) zugeordnet ist.
Kennzeichnungswerkzeug nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Arretierstück (11) bei der von der Werkzeugaufnahme (1) weg gerichteten Axialbewegung des Prägewerkes (15) bzw. dessen Lagerhülse (14) vom Eingriff mit dem Schlagstück (13) lösbar ist und zur Lösung des Arretierstücks (11) insbesondere aus einer Bohrung (13b) des Schlagstücks (13) eine Rampe (14b) mit einer Führungsnase (14a) vorgesehen ist.
Kennzeichnungswerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß zentral in der Werkzeugaufnahme (1) eine mit der Lagerhülse (14) des Prägewerks (15) gekoppelte Verbindungsschraube (2) angeordnet ist, wobei vorzugsweise die wirksame Länge der Verbindungsschraube (2) zur Veränderung des Vorspannweges der Schlagfeder (3) einstellbar ist.
Kennzeichnungswerkzeug nach Anspruch 3 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Anlagefeder (3) um die Verbindungsschraube (2) herum angeordnet ist.
Kennzeichnungswerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Werkzeugaufnahme (1) eine Greiferrille (1a) für einen automatischen Werkzeugwechsler aufweist.
Kennzeichnungswerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß in der Werkzeugaufnahme (1) eine Durchführung für einen Stift (5) zur Betätigung eines Schalthebels (16) des Prägewerks (15) beim Einsetzen in eine Bearbeitungsspindel (8) vorgesehen ist und der Stift (5) vorzugsweise mittels einer Ausgleichsfeder (6) teleskopierbar ausgebildet ist.
Kennzeichnungswerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Werkzeugaufnahme (1) als Kegel oder als Zylinderhohlschaft ausgebildet ist, der in eine Bearbeitungsspindel (8) einwechselbar ist.