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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Werkzeugeinsatz für eine Maschine, insbesondere für einen Revolver bzw. Werkzeugrevolver einer Drehmaschine.
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Die vorliegende Erfindung betrifft außerdem ein Verfahren zum Betätigen eines Werkzeugeinsatzes mit einem Basiselement und einer relativ zum Basiselement verlagerbar angeordneten Werkstückaufnahme.
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Schließlich betrifft die Erfindung eine Maschine, insbesondere eine Drehmaschine mit einem Werkzeugrevolver, mit einem zuvor genannten Werkzeugeinsatz.
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Maschinen für die industrielle Fertigung, darunter auch Drehmaschinen, sind bereits seit langem bekannt. Solche Maschinen verfügen über mindestens eine Werkzeugaufnahme, in die ein Bearbeitungswerkzeug oder ein Werkzeughalter eingesetzt werden kann, und über einen Werkstückhalter, der das Werkstück in einer für die Fertigung erforderlichen Position hält und/oder mit dem Werkstück eine bestimmte Bewegung durchführt, zum Beispiel eine Rotation. Bei einer Drehmaschine wird der Werkstückhalter oft als Spannfutter, Backenfutter oder Spannzange bezeichnet.
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Da das Werkstück vom Werkstückhalter in einem bestimmten Abschnitt des Werkstücks gehalten wird, kann dieser Abschnitt nicht bearbeitet werden. Bei Werkstücken, die lediglich einseitig zu bearbeiten sind, stellt dies üblicherweise kein Problem dar. Soll das Werkstück aber zweiseitig bearbeitet werden, also insbesondere auch in dem Abschnitt, an dem das Werkstück vom Werkstückhalter gehalten wird, so müssen zusätzliche Maßnahmen ergriffen werden.
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Eine naheliegende Möglichkeit ist, den Fertigungsprozess zu unterbrechen, einem Bediener Zugriff auf den Werkstückhalter zu geben und dann durch einen manuellen Eingriff das Werkstück aus einer ersten Bearbeitungsposition in eine zweite Bearbeitungsposition zu bringen, also zum Beispiel das Werkstück im Werkstückhalter umzudrehen, allgemein: neu zu orientieren und/oder neu zu positionieren. Diese Möglichkeit ist aber im Hinblick auf den Verlust an Fertigungszeit und im Hinblick auf die erforderliche Arbeitskraft sehr kostenintensiv.
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Eine weitere Möglichkeit besteht darin, der Maschine eine automatisiert arbeitende Wendevorrichtung zuzuordnen, die das Werkstück aus dem Werkstückhalter entnehmen, die Orientierung des Werkstücks relativ zum Werkstückhalter verändern und das Werkstück mit der geänderten Orientierung wieder in den Werkstückhalter einsetzen kann. Solche Vorrichtungen sind allerdings recht komplex und benötigen zusätzlichen Platz.
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Außerdem verfügen die Maschinen in aller Regel über einen Arbeitsbereich, der während der Bearbeitung des Werkstücks verschlossen ist. Damit die Wendevorrichtung auf das Werkstück zugreifen kann, muss die Maschine angehalten werden und dann in einen Zustand gebracht werden, der einen Eingriff in den Arbeitsbereich ermöglicht. Erst dann kann die Vorrichtung das Werkstück wenden.
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Dies wird insbesondere am Beispiel einer Drehmaschine deutlich. Dabei sei bereits an dieser Stelle darauf hingewiesen, dass die Erläuterungen im Rahmen dieser Anmeldung im Wesentlichen am Beispiel einer Drehmaschine vorgenommen werden, dass sich die Erfindung aber trotz ihrer besonderen Eignung bei einer Drehmaschine, insbesondere bei einem Werkzeugrevolver einer Drehmaschine, auch bei anderen Maschinenarten einsetzen lässt.
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Bei einer Drehmaschine findet eine spanabhebende Formgebung statt. Aufgrund der hohen Rotationsgeschwindigkeit des Werkstücks in der Drehmaschine werden während des Bearbeitungsvorgangs scharfkantige Späne mit hoher Geschwindigkeit weggeschleudert. Daher findet die Bearbeitung in einem geschlossenen Bereich statt, der über eine Schutztür oder Schutzklappe zugänglich ist.
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Soll nun ein Werkstück aus dem Spannfutter in der Drehmaschine entnommen und gewendet werden, so muss für einen Zugriff in den Arbeitsbereich die Schutztür oder Schutzklappe geöffnet werden. Dies ist für einen effizienten Fertigungsprozess nicht wünschenswert.
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Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte technische Realisierung für eine Maschine, insbesondere für eine Drehmaschine, aufzuzeigen, die auf einfache Weise eine Neuorientierung bzw. Neupositionierung eines Werkstücks in einem Werkstückhalter ermöglicht. Dabei sollen zusätzliche bauliche Maßnahmen, insbesondere solche außerhalb der Maschine, weitestgehend oder vollständig vermieden werden.
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Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird die Aufgabe mit einem Werkzeugeinsatz für eine Maschine, insbesondere für einen Werkzeugrevolver einer Drehmaschine, gelöst, der Werkzeugeinsatz mit einem Basiselement, an dem ein Anschlussstück ausgebildet ist, wobei das Anschlussstück dafür ausgebildet ist, in eine Werkzeugaufnahme der Maschine, insbesondere des Werkzeugrevolvers, eingesetzt zu werden und dort eine lösbare mechanische Verbindung zwischen Werkzeugeinsatz und Werkzeugaufnahme zu bilden, ferner mit einer Werkstückaufnahme, die dafür ausgebildet ist, ein in der Maschine befindliches Werkstück zumindest entlang eines Abschnitts des Werkstücks aufzunehmen, wobei die Werkstückaufnahme relativ zum Basiselement verlagerbar angeordnet ist, so dass durch ein Verlagern der Werkstückaufnahme die Orientierung des Werkstücks relativ zum Basiselement verändert werden kann.
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Der Werkzeugeinsatz hat unter anderem die Besonderheit, dass er ähnlich wie ein Bearbeitungswerkzeug bzw. wie ein Werkzeughalter eines Bearbeitungswerkzeug in eine Werkzeugaufnahme einer Maschine eingesetzt werden kann, dass er aber über einen konstruktiven Aufbau verfügt, der es ermöglicht, ein Werkstück innerhalb der Maschine und insbesondere innerhalb des geschlossenen Arbeitsbereichs neu zu orientieren bzw. neu zu positionieren. Für eine Drehmaschine bedeutet dies insbesondere, dass das Werkstück um 180° gedreht werden kann.
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Die Erfindung zeigt damit eine neue Herangehensweise auf, wie auf einfache Weise eine mehrseitige Bearbeitung eines Werkstücks, das von einem Werkstückhalter gehalten werden muss, durchgeführt werden kann. Dabei wird aufgezeigt, wie mittels einer in der Maschine vorhandenen Werkzeugaufnahme, insbesondere am Revolver bzw. Werkzeugrevolver der Maschine, ein hier beschriebener Werkzeugeinsatz verwendet werden kann, um das Werkstück neu zu orientieren oder neu zu positionieren. Ferner werden besonders vorteilhafte Ausführungsformen aufgezeigt, wie ein solcher Werkzeugeinsatz vorteilhaft ausgestaltet werden kann.
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Dabei bietet die Erfindung unter anderem einerseits den Vorteil, dass die Neuorientierung oder Neupositionierung des Werkstücks innerhalb des geschlossenen Arbeitsbereichs der Maschine stattfinden kann und andererseits, dass neben dem vorgeschlagenen Werkzeugeinsatz keine weiteren Aufbauten erforderlich sind, da eine in der Maschine befindliche Werkzeugaufnahme benutzt wird.
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Dabei ist es insbesondere vorteilhaft, dass der Werkzeugeinsatz so ausgebildet werden kann, dass er in die Werkzeugaufnahme einer herkömmlichen Maschine einsetzbar ist, also einer Maschine, die bereits vor dem Prioritätstag dieser Anmeldung bekannt war. Im Hinblick auf die eingangs genannte Drehmaschine kann der Werkzeugeinsatz vorteilhafterweise so ausgebildet werden, dass er in eine herkömmliche Werkzeugaufnahme einsetzbar ist, also eine Werkzeugaufnahme, die bereits vor dem Prioritätstag dieser Anmeldung bekannt war.
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Unter einer herkömmlichen Werkzeugaufnahme sollen insbesondere VDI-Werkzeugaufnahmen gemäß dem Stand der Technik, darunter bevorzugt solche nach DIN ISO 10889 bzw. Alt DIN 69880 gemäß dem heutigen Stand verstanden werden. Ferner sollen auch Werkzeugaufnahmen nach DIN 69881, DIN 69882 und DIN 69883 gemäß dem heutigen Stand als ”herkömmlich” verstanden werden.
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Auf diese Weise können auch herkömmliche Maschinen von der Erfindung profitieren, ohne dass aufwändige Umbaumaßnahmen erforderlich sind. Insbesondere ist es sogar möglich, den Werkzeugeinsatz bei herkömmlichen Maschinen ohne Umbauarbeiten zum Einsatz zu bringen. So lässt sich beispielsweise bei herkömmlichen Maschinen eine zweiseitige oder mehrseitige Bearbeitung ermöglichen und/oder die Effizienz bei einer zweiseitigen oder mehrseitigen Bearbeitung erhöhen.
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Damit ist die Aufgabe vollständig gelöst.
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist der Werkzeugeinsatz einen Fluidanschluss auf, insbesondere einen Kühlmittelanschluss, der dafür ausgebildet ist, an einen Maschinenfluidanschluss der Maschine angeschlossen zu werden, so dass mittels einer Beaufschlagung des Maschinenfluidanschlusses mit einem Fluid die Verlagerung der Werkstückaufnahme bewirkt werden kann.
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Diese Ausgestaltung ist vorteilhaft, da eine besonders einfache Möglichkeit aufgezeigt wird, die Verlagerung, insbesondere ein Drehen oder ein Verschwenken, der Werkstückaufnahme relativ zum Basiselement zu realisieren. Dabei kann insbesondere ein bereits vorhandener Maschinenfluidanschluss verwendet werden, so dass zusätzliche konstruktive Maßnahmen gering gehalten werden können oder sogar ganz entfallen können. Von besonderem Vorteil ist es dabei, dass der Werkzeugeinsatz so ausgestaltet werden kann, dass er an einen Kühlmittelanschluss für ein herkömmliches Bearbeitungswerkzeug bzw. einen herkömmlichen Werkzeughalter anschließbar ist. Dadurch können insbesondere herkömmliche Maschinen von der Erfindung profitieren, ohne dass aufwändige Umbaumaßnahmen erforderlich sind.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist der Werkzeugeinsatz einen Kolben auf, der dafür ausgebildet ist, sich bei einer Beaufschlagung mit einem Fluid zu verlagern und das Verlagern der Werkstückaufnahme zu bewirken.
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Diese Ausgestaltung ist vorteilhaft, da die Verlagerung der Werkstückaufnahme, und damit die Neuorientierung oder die Neupositionierung des Werkstücks, allgemein: die Verlagerung, durchgeführt werden kann, ohne eine elektrische Energie zum Werkzeugeinsatz führen zu müssen. Daher kann der Werkzeugeinsatz auch in explosionsgefährdeten Umgebungen eingesetzt werden. Außerdem kann durch eine geeignete Wahl der Geometrien des Kolbens, insbesondere der Kolbenlänge, der Kolbenstirnfläche und der Kolbenraumgröße, besonders einfach beeinflusst werden, wie schnell bzw. mit wie viel Kraft sich der Kolben bei seiner Betätigung verlagern soll.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist an dem Kolben eine Zahnstange angeordnet oder ist eine Zahnstange mit dem Kolben einstückig ausgebildet, um die translatorische Bewegung des Kolbens in eine rotatorische Verlagerung der Werkstückaufnahme umzusetzen.
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Wenngleich es auch möglich ist, die Werkstückaufnahme unmittelbar unter Einwirkung eines Fluids bzw. eines Fluiddrucks rotatorisch zu verlagern, bietet diese Ausführungsform die vorteilhafte Möglichkeit, eine hinsichtlich Kraft und Geschwindigkeit gut steuerbare Kolbenbewegung in eine Drehbewegung umzusetzen.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist die Werkstückaufnahme einen Halter auf, an dessen Umfangserstreckung Zähne angeordnet sind, die mit einem Getriebe oder mit einem Getriebeteil, insbesondere einer Zahnstange, zusammenwirken.
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Dies ermöglicht eine besonders einfache konstruktive Ausgestaltung, um eine translatorische Bewegung des Kolbens in eine rotatorische Verlagerung der Werkstückaufnahme umzusetzen. Zwar ist es auch möglich, ein zusätzliches Zahnrad an dem Halter auszubilden, doch ist es insbesondere vorteilhaft, wenn die Zähne einstückig an dem Halter ausgebildet sind. Der Halter wird vorzugsweise konstruktiv einfach ausgebildet, insbesondere in der Form eines Zylinders oder eines Hohlzylinders.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist der Werkzeugeinsatz ferner eine Rückstelleinrichtung auf, die dafür ausgebildet ist, die Werkstückaufnahme aus einer Arbeitsstellung in eine Grundstellung zu verlagern, wobei die Rückstelleinrichtung insbesondere als Feder ausgestaltet ist.
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Diese Ausgestaltung bietet den Vorteil, dass sich das Zurückführen der Werkstückaufnahme in eine Grundstellung oder Ruhestellung besonders einfach realisieren lässt. Diese Ausführungsform bringt insbesondere den Vorteil, dass eine Verlagerung, insbesondere eine Rotation oder ein Verschwenken, der Werkstückaufnahme aus einer Grundstellung durch eine Ansteuerung von außerhalb des Werkzeugeinsatzes vorgenommen wird, insbesondere durch die oben genannte Beaufschlagung mit einem Fluid bzw. mit einem Fluiddruck, dass das Zurückstellen der Werkstückaufnahme in die Grundstellung aber einfach dadurch erreicht wird, dass die Ansteuerung von außen abgeschaltet wird.
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Eine konkrete Ausgestaltung sieht vorteilhafterweise wie folgt aus: Mittels eines Fluiddrucks wird die Werkstückaufnahme gegen eine Federkraft aus einer Grundstellung in eine Arbeitsstellung verlagert. Wird die Fluidzufuhr bzw. der Fluiddruck abgeschaltet, so wird die Werkstückaufnahme aufgrund der nunmehr vorhandenen Vorspannung der Feder aus der Arbeitsstellung zurück in eine Grundstellung verlagert.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Werkstückaufnahme aus einer Grundstellung heraus um einen Winkel zwischen 90° und 270°, bevorzugt zwischen 135° und 225° und insbesondere bevorzugt um 180° verschwenkbar.
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Diese Ausgestaltung ermöglicht eine flexible Wahl eines gewünschten Verschwenkwinkels oder Drehwinkels. Wird der Verschwenkwinkel bzw. der Drehwinkel auf 180° eingestellt, so lässt sich insbesondere im Zusammenhang mit einer Drehmaschine besonders vorteilhaft eine 180°-Drehung des Werkstücks und damit eine zweiseitige Bearbeitung des Werkstücks realisieren.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Werkstückaufnahme um eine Schwenkachse verschwenkbar, wobei die Schwenkachse durch die Werkstückaufnahme führt.
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Diese Ausgestaltung ermöglicht einen kompakten Aufbau. Insbesondere in diesem Zusammenhang kann die Schwenkachse auch als Drehachse bezeichnet werden. Es sei dabei darauf hingewiesen, dass es sich bei der Schwenkachse um eine virtuelle Gerade handelt, um die sich die Werkstückaufnahme dreht.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Werkstückaufnahme an einem Schwenkarm angeordnet, insbesondere derart, dass eine Schwenkachse des Schwenkarms von der Werkstückaufnahme beabstandet ist.
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Diese Ausgestaltung kann bei verschiedenen geometrischen Ausgestaltungen des Arbeitsraums der Maschine vorteilhaft sein. Auch hier ist die Schwenkachse als virtuelle Gerade zu verstehen. Die Werkstückaufnahme schwenkt von dem äußeren in den innern Werkzeugrevolverbereich, so dass die Werkstückaufnahme außerhalb eines möglichen Kollisionsbereichs beim Revolverschwenken, also beim Verdrehen des Werkzeugrevolvers in eine andere Position, ist. Dies ist insbesondere vorteilhaft, weil bei einigen Drehmaschinen relativ wenig Platz zwischen den Bearbeitungswerkzeugen im Revolver und der Verkleidung des Arbeitsraums während des Revolverschwenkens besteht. Die Verkleidung des Arbeitsraums stellt dabei die Grenze des Kollisionsbereichs dar.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist die Werkstückaufnahme mindestens eine Klemmbacke auf, die dafür ausgebildet ist, gegen das Werkstück zu drücken und so das Werkstück in der Werkstückaufnahme festzuklemmen, wobei die Klemmbacke insbesondere in einer Klemmposition vorgespannt ist.
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Diese Ausgestaltung ermöglicht es, das Werkstück auf besonders einfache Weise aufzunehmen oder zu greifen und in der Werkstückaufnahme zu halten. Die Überführung der Klemmbacke in ihre Klemmposition kann durch eine Ansteuerung von außen erfolgen, wird aber vorteilhafterweise dadurch erreicht, dass die Klemmbacke in die Klemmposition vorgespannt ist, insbesondere durch eine Feder, die der Klemmbacke zugeordnet ist.
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Besonders vorteilhaft ist es in diesem Zusammenhang, wenn die Klemmbacke einen Auflaufbereich aufweist, zum Beispiel eine Rundung oder eine Rampe, weil die Klemmbacke dann besonders einfach auf das Werkstück geschoben werden kann. Vorteilhafterweise werden mindestens zwei Klemmbacken, insbesondere drei Klemmbacken, in der Werkstückaufnahme angeordnet. Die Klemmkraft aller Klemmbacken führt dann dazu, dass das Werkstück sicher in der Werkstückaufnahme während der Verlagerung der Werkstückaufnahme gehalten ist.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist das Basiselement mindestens eine Anschlussschnittstelle, bevorzugt mindestens zwei Anschlussschnittstellen, auf, an der bzw. an denen das Anschlussstück lösbar angeordnet ist.
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Diese Ausgestaltung ermöglicht ein besonders einfaches Umkonfigurieren des Werkzeugeinsatzes, insbesondere wenn ein Werkzeugeinsatz, der an einem Revolver mit radialer Werkstückaufnahme (”Radialrevolver”) betrieben wurde, nun an einem Revolver mit axialer Werkstückaufnahme (”Axialrevolver”) betrieben werden soll – und umgekehrt. Diese Möglichkeit wird noch anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist die Werkstückaufnahme einen Ring auf, der über das Werkstück geschoben werden kann, um das Werkstück im Inneren des Rings zu halten.
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Diese Ausgestaltung ermöglicht ein besonders gutes Aufnehmen des Werkstücks, insbesondere wenn im Inneren des Rings mindestens eine Klemmbacke angeordnet ist, um das Werkstück in der Werkstückaufnahme festzuklemmen. Es ist vorteilhaft, wenn der Ring in Umfangsrichtung vollständig geschlossen ist. Allerdings können auch Ausführungsformen vorteilhaft sein, bei denen der Ring in einem Segment von bis zu 120° geöffnet ist, da dies auch ein Aufschieben der Werkstückaufnahme auf das Werkstück von der Seite, also in radialer Richtung, ermöglicht.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist der Werkzeugeinsatz derart ausgebildet, dass er in einem umschlossenen Arbeitsbereich der Maschine betreibbar ist, wobei insbesondere der umschlossene Arbeitsbereich während eines Betriebs der Maschine für einen Benutzer und außerhalb der Maschine angeordnete Arbeitsvorrichtungen unzugänglich ist.
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Diese Ausgestaltung bringt einen der herausragenden Vorteile der vorliegenden Erfindung zum Ausdruck.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird die Aufgabe durch ein Verfahren zum Betätigen eines Werkzeugeinsatzes mit einem Basiselement und einer relativ zum Basiselement verlagerbar angeordneten Werkstückaufnahme gelöst, wobei der Werkzeugeinsatz insbesondere wie zuvor beschrieben ausgestaltet ist, das Verfahren mit folgenden Schritten:
- – Einsetzen des Werkzeugeinsatzes in eine Werkzeugaufnahme einer Maschine, insbesondere in einen Werkzeugrevolver einer Drehmaschine,
- – Aufnehmen eines Werkstücks mittels der Werkstückaufnahme;
- – Beaufschlagen des Werkzeugeinsatzes mit einem Fluiddruck, so dass sich die Werkstückaufnahme relativ zum Basiselement verlagert und durch das Verlagern der Werkstückaufnahme die Orientierung des Werkstücks relativ zum Basiselement verändert wird.
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Gemäß eines weiteren Aspekts der Erfindung wird die Aufgabe durch eine Maschine, insbesondere eine Drehmaschine mit einem Werkzeugrevolver, mit einem zuvor beschriebenen Werkzeugeinsatz gelöst.
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Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:
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1a eine Drehmaschine mit einem Werkzeugrevolver, in den ein erfindungsgemäßer Werkzeugeinsatz eingesetzt ist;
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1b einen Werkzeugrevolver in der Ausführung als Radialrevolver;
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2 ein erstes Ausführungsbeispiel eines Werkzeugeinsatzes in einer Grundstellung;
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3a den Werkzeugeinsatz gemäß 2, bei dem sich das Anschlussstück in einer ersten Position befindet;
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3b den Werkzeugeinsatz gemäß 2, bei dem sich das Anschlussstück in einer zweiten Position befindet;
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4a eine Draufsicht auf den Werkzeugeinsatz gemäß der ersten Ausführungsform;
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4b eine Draufsicht auf den Werkzeugeinsatz gemäß der zweiten Ausführungsform;
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5a eine Grundstellung des Werkzeugeinsatzes gemäß der ersten Ausführungsform;
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5b eine Aufnahmeposition des Werkzeugeinsatzes gemäß der ersten Ausführungsform;
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5c eine Arbeitsstellung am Schwenkende des Werkzeugeinsatzes gemäß der ersten Ausführungsform;
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5d eine Abladeposition des Werkzeugeinsatzes gemäß der ersten Ausführungsform;
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6a eine Grundstellung des Werkzeugeinsatzes gemäß der zweiten Ausführungsform;
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6b eine Aufnahmeposition des Werkzeugeinsatzes gemäß der zweiten Ausführungsform;
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6c eine Grundstellung des Werkzeugeinsatzes gemäß der zweiten Ausführungsform mit aufgenommenem Werkstück;
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6d eine Arbeitsstellung am Schwenkende des Werkzeugeinsatzes gemäß der zweiten Ausführungsform;
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6e eine Abladeposition des Werkzeugeinsatzes gemäß der zweiten Ausführungsform; und
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7 ein Verfahren zum Betätigen eines Werkzeugeinsatzes, insbesondere eines Werkzeugeinsatzes gemäß 4A oder 4B.
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1a zeigt eine Maschine 12, hier eine Drehmaschine, mit einem Werkzeugrevolver 14, in den ein Werkzeugeinsatz 10 eingesetzt ist. Das Prinzip einer Drehmaschine ist grundsätzlich bekannt und soll daher nur kurz erläutert werden.
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Die Maschine 12 weist ein Spannfutter 16 auf, in das ein Werkstück 17 eingespannt wird. Vor der Bearbeitung des Werkstücks 17 wird der Werkzeugrevolver 14, hier ein Revolver mit radialer Werkstückaufnahme (”Radialrevolver”), mit den erforderlichen Werkzeugen (nicht gezeigt) bestückt.
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Das Werkstück 17 wird dann durch eine Rotation des Spannfutters 16 in Rotation versetzt. Die Drehzahl liegt in der Regel zwischen 5–5000 U/min, wobei häufig Drehzahlen zwischen 100–1000 U/min verwendet werden. Die Rotationsachse 18 ist mittels einer punktgestrichelten Linie dargestellt.
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Der Werkzeugrevolver 14 hat eine eigene Rotationsachse 20, die hier in etwa parallel zur Rotationsachse 18 liegt. Indem der Werkzeugrevolver 14 rotiert, wird ein bestimmter Werkzeugeinsatz, hier der Werkzeugeinsatz 10, in eine Arbeitsposition gebracht.
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1b zeigt eine stark vereinfachte, schematische Darstellung des Werkzeugrevolvers 14. Dabei ist zu erkennen, dass der Werkzeugrevolver 14 über mehrere Werkzeugaufnahmen 22 verfügt, hier sind es sechs Werkzeugaufnahmen 22, von denen drei sichtbar sind. Die Werkzeugaufnahmen 22 werden auch als Schaftaufnahmen bezeichnet und verfügen häufig über einen Klemm- oder Rastmechanismus.
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Bei dieser Ausgestaltung des Revolvers ist jeder Werkzeugaufnahme 22 ein Maschinenfluidanschluss 24 zugeordnet, der maschinenseitig mit einem Fluid beaufschlagt werden kann. Bei dem Fluid handelt es sich insbesondere um ein Kühlmittel, das im Stand der Technik dafür verwendet wird, um ein in die Werkzeugaufnahme 22 eingesetztes Bearbeitungswerkzeug zu kühlen.
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2 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel eines Werkzeugeinsatzes 10 für eine Maschine 12, insbesondere für einen Werkzeugrevolver 14 einer Drehmaschine. Der Werkzeugeinsatz weist ein Basiselement 30 auf, an dem ein Anschlussstück 32 ausgebildet ist. Das Anschlussstück 32 ist dafür ausgebildet, in eine Werkzeugaufnahme 22 der Maschine 12, insbesondere des Werkzeugrevolvers 14, eingesetzt zu werden. Dabei ist das Anschlussstück 32 so ausgebildet, dass es dort eine lösbare mechanische Verbindung zwischen dem Werkzeugeinsatz 10 und der Werkzeugaufnahme 22 bilden kann, hier mittels der Zähne 34.
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Der Werkzeugeinsatz 10 hat außerdem eine Werkstückaufnahme 36, die dafür ausgebildet ist, ein in der Maschine 12 befindliches Werkstück 17 zumindest entlang eines Abschnitts des Werkstücks 17 aufzunehmen. Wie anhand weiterer Figuren noch verdeutlicht wird, ist die Werkstückaufnahme 36 relativ zum Basiselement 30 verlagerbar angeordnet, so dass durch ein Verlagern der Werkstückaufnahme 36 die Orientierung des in der Werkstückaufnahme 36 befindlichen Werkstücks 17 relativ zum Basiselement 30 verändert werden kann.
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Wenngleich das Konzept der Erfindung grundsätzlich eine Vielzahl von möglichen Verlagerungen ermöglicht, soll die Verlagerung insbesondere dahingehend verstanden werden, dass die Verlagerung des Werkstücks 17 das Ziel hat, die Orientierung des Werkstücks 17 relativ zur Rotationsachse 18 des Spannfutters 16 und/oder zur Rotationsachse 20 des Revolvers 14 zu verändern. Diese Verlagerung soll dabei bevorzugt durch eine Drehung oder durch ein Verschwenken des Werkstücks 17 erzielt werden.
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Besonders bevorzugt ist es, wenn die Orientierung des Werkstücks 17 so verändert wird, dass ein zuvor in der Maschine 12 eingespannter Abschnitt des Werkstücks frei wird und ein freier Abschnitt des Werkstücks 17 nach der Neuorientierung in der Maschine 12 eingespannt werden kann. Dies wird insbesondere durch eine 1800 Drehung des Werkstücks 17 erzielt, wobei die Drehung bevorzugt nicht um eine Achse erfolgt, zu der das Werkstück 17 rotationssymmetrisch ausgebildet ist.
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Der Werkzeugeinsatz 10 weist einen Fluidanschluss 38 auf. Bei der hier gezeigten Ausführungsform weist der Werkzeugeinsatz 10 einen ersten Fluidanschluss 38 und einen zweiten Fluidanschluss 38' auf, wobei der zweite Fluidanschluss 38' verdeckt ist und daher lediglich als gestrichelte Linie angedeutet ist. Jeder Fluidanschluss 38, 38' ist dafür ausgebildet, an einen Maschinenfluidanschluss 24 der Maschine 12 angeschlossen zu werden. Dieser Anschluss wird mittels des Anschlussstücks 32 bewirkt, welches sowohl an die erste Anschlussschnittstelle 40 als auch an die zweite Anschlussstelle 40' (hier verdeckt) angeschlossen werden kann. Bevorzugt verfügt der Werkzeugeinsatz 10 über zwei Anschlussstücke 32, die an der jeweiligen Anschlussschnittstelle 40, 40' dauerhaft angeordnet sind.
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Soll das Anschlussstück 32 von einer Anschlussschnittstelle 40 zur anderen Anschlussschnittstelle 40' gewechselt werden, stellt man bevorzugt sicher, dass aus der freien Anschlussschnittstelle 40 kein Fluid 42 austreten kann. Dies kann besonders einfach dadurch erreicht werden, dass die Öffnungen an der Anschlussschnittstelle 40 verschlossen werden. Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Anschlussschnittstelle 40 über ein Ventil oder mehrere Ventile verfügt, die nur dann einen Durchlass erlauben, wenn ein Anschlussstück 32 tatsächlich an der Anschlussschnittstelle 40 angeordnet ist.
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Wird nun der Maschinenfluidanschluss 24 mit einem Fluid 42 beaufschlagt – das Fluid 42 ist hier lediglich symbolisch als großer Pfeil dargestellt –, so gelangt das Fluid 42 aus dem Maschinenfluidanschluss 24 in den Fluidanschluss 38 des Werkzeugeinsatzes 10. Durch eine entsprechende Anordnung im Werkzeugeinsatz 10, die nachfolgend noch näher erläutert wird, wird dann die Verlagerung der Werkstückaufnahme 36 bewirkt.
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Die Werkstückaufnahme 36 ist an einem Schwenkarm 44 angeordnet, wobei die Schwenkachse 46 des Schwenkarms 44 von der Werkstückaufnahme 36 beabstandet ist. Die Werkstückaufnahme 36 ist aus einer Grundstellung heraus um einen Winkel α zwischen 90° und 270°, bevorzugt zwischen 135° und 225° und insbesondere bevorzugt um 180° verschwenkbar.
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Die Werkstückaufnahme weist einen Ring 48 auf, der über das Werkstück 17 geschoben werden kann, um das Werkstück 17 im Inneren des Rings 48 zu halten. Ferner weist die Werkstückaufnahme 36 mindestens eine Klemmbacke 50 auf, hier drei Klemmbacken 50, die dafür ausgebildet sind, gegen das Werkstück 17 zu drücken und so das Werkstück 17 in der Werkstückaufnahme 36 festzuklemmen. Wie noch anhand einer weiteren Figur verdeutlicht wird, sind die Klemmbacken 50 in ihre Klemmposition vorgespannt.
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Außerdem ist zu erkennen, dass die Klemmbacken 50 an den beiden Seiten, an denen die Werkstückaufnahme 36 auf das Werkstück 17 aufgeschoben werden kann, über eine Rundung oder über eine Rampe verfügen. Dadurch lässt sich die Werkstückaufnahme 36 leichter auf das Werkstück 17 aufschieben.
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Damit ist der Werkzeugeinsatz 10 insgesamt derart ausgebildet, dass er in einem geschlossenen Arbeitsbereich der Maschine 12 betreibbar ist, wobei insbesondere der umschlossene Arbeitsbereich während des Betriebs der Maschine 12 für einen Benutzer und möglicherweise außerhalb der Maschine 12 angeordnete Arbeitsvorrichtungen unzugänglich ist.
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3a zeigt einen Schnitt durch den Werkzeugeinsatz 10 gemäß 2. Der Schwenkarm 44 und die Werkstückaufnahme 36 sind nicht dargestellt. In der Schnittdarstellung sind verschiedene Details zum Aufbau des Werkzeugeinsatzes 10 zu erkennen. Dabei sind einige Verbindungen mittels gestrichelter Linien dargestellt, die man aufgrund der gewählten Schnittebene nicht sehen würde, deren angedeutete Darstellung aber das Verständnis der Erfindung erleichtert.
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Das Anschlussstück 32 weist einen Fluidport 60 auf, der mit dem Fluid 42 aus der Maschine 12 beaufschlagt werden kann. Über eine innenliegende Leitung gelangt das Fluid 42 vom Fluidport 60 zum Fluidanschluss 38.
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Von hier gelangt das Fluid 42 über weitere Leitungen 64, die sich im Inneren des Basiselements 30 befinden, zu einem Kolben 66. Der Kolben 66 ist dafür ausgebildet, sich bei einer Beaufschlagung mit dem Fluid 42 zu verlagern, und zwar translatorisch entlang der Hubrichtung 68, die mittels eines Doppelpfeils dargestellt ist. Durch die Verlagerung des Kolbens 66 wird, wie nachfolgend noch näher erläutert wird, die Verlagerung der Werkstückaufnahme 36 bewirkt.
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An dem Kolben 66 ist einstückig eine Zahnstange 70 ausgebildet, die hier ein Getriebeteil darstellt. Die Zahnstange 70 wirkt mit Zähnen 72 zusammen, die an einem zylinderförmigen Halter 74 an dessen Umfangserstreckung ausgebildet sind. Der Halter 74 führt aus dem Basiselement 30 heraus, und an ihm ist die Werkstückaufnahme 36, gegebenenfalls über einen Schwenkarm 44, angeordnet. Der beschriebene Aufbau ermöglicht es, die translatorische Bewegung des Kolbens 66 in eine rotatorische Lagerung des Halters 74 und damit der Werkstückaufnahme 36 umzusetzen.
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Wenn der Kolben 66 den vorgesehenen Hub durchgeführt hat, befindet sich der Halter 74 und damit auch die Werkstückaufnahme 36, am Schwenkende. Soll die Werkstückaufnahme 36 nun wieder in ihre Grundstellung überführt werden, wird der Fluss des Fluids 42 unterbrochen bzw. der Druck des Fluids 42 abgebaut. Dadurch wird nun die Rückstelleinrichtung 76, hier eine Schraubenfeder, aktiv und drückt aufgrund ihrer Vorspannung den Kolben 66 wieder zurück in seine Ausgangsposition. Dabei dreht der Kolben 66 über die Zahnstange 70 den Halter 74 in eine Grundstellung zurück.
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3b zeigt wieder eine Darstellung gemäß 3a, wobei das Anschlussstück 32 nun jedoch an der anderen Anschlussschnittstelle 40 angeordnet ist. Damit wird gezeigt, wie einfach eine Umkonfiguration des Werkzeugeinsatzes 10 vorgenommen werden kann.
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4a zeigt eine Draufsicht auf den Werkzeugeinsatz 10 gemäß 2. Es wird daher auf die vorherigen Erläuterungen verwiesen. Es ist hier gut zu erkennen, dass die Klemmbacken 50 in einem Winkel von 120° zueinander angeordnet sind. Ferner ist mittels einer gestrichelten Linie eine Feder 80 angedeutet, die hier im Inneren der Werkstückaufnahme 36 liegt und die Klemmbacke 50 in ihre Klemmposition vorspannt. Bei dieser Ausführungsform verfügen alle Klemmbacken 50 über eine entsprechende Feder 80.
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4b zeigt eine zweite Ausführungsform eines Werkzeugeinsatzes 10. Auch hier ist die Werkstückaufnahme 36 wieder um eine Schwenkachse 46 verschwenkbar, doch führt bei dieser Ausgestaltung die Schwenkachse 46 durch die Werkstückaufnahme 36. Dadurch benötigt die Verlagerung der Werkstückaufnahme 36, konkret das Verschwenken bzw. das Drehen der Werkstückaufnahme 36, wenig Platz.
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Anhand der 5a bis 5d wird nun gezeigt, wie ein Werkstück 17 mittels des Werkzeugeinsatzes 10 gemäß 2 relativ zum Spannfutter 16 gedreht werden kann. Um die Orientierung des Werkstücks 17 zu verdeutlichen, ist das freistehende Ende des Werkstücks 17 hier mit zwei Linien gekennzeichnet.
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In einem ersten Schritt dreht sich der Revolver 14 so, dass der Werkzeugeinsatz 10 in die gewünschte Position gebracht wird (5a). Danach wird der Revolver 14 so verfahren, insbesondere im Wesentlichen entlang seiner Rotationsachse 20, dass die Werkstückaufnahme 36 auf das Werkstück 17 aufgeschoben wird (5b).
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Aufgrund der Klemmbacken 50 wird das Werkstück 17 nun bereits von der Werkstückaufnahme 36 gehalten. Daher kann das Spannfutter 16 nun gelöst werden und der Werkzeugeinsatz 10 durch eine Bewegung des Revolvers 14 aus dem Bereich des Spannfutters 16 herausgefahren werden. Wenn der für eine Schwenkbewegung erforderliche Raum zur Verfügung steht, wird der Werkzeugeinsatz 10 mit dem Fluid 42 beaufschlagt, so dass die Werkstückaufnahme 36 am Schwenkende in einer Abladeposition steht (5c). Um den Werkzeugeinsatz 10 mit dem Fluid 42 zu beaufschlagen, wird hier lediglich die Kühlung der Maschine 12 eingeschaltet, die üblicherweise dafür verwendet wird, ein in der Werkzeugaufnahme 22 befindliches Bearbeitungswerkzeug zu kühlen.
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Mittels des Revolvers 14 wird der Werkzeugeinsatz 10 nun so positioniert, dass bei einem Schließen des Spannfutters 16 das Werkstück 17 vom Spannfutter 16 gehalten wird (5d). Danach wird der Werkzeugeinsatz 10 mittels des Revolvers 14 wieder aus dem Bereich des Spannfutters 16 gefahren. Steht genügend Raum zur Verfügung, wird das Fluid 42 abgeschaltet und die Werkstückaufnahme 36 schwenkt zurück in ihre Grundstellung (ähnlich 5a).
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In den 6a bis 6e ist gezeigt, wie das Werkstück 17 bezogen auf das Spannfutter 16 mit einem Werkzeugeinsatz 10 gemäß der zweiten Ausführungsform gedreht werden kann. Zur Vereinfachung sind das Anschlussstück 32 und der Revolver 14 nicht dargestellt.
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In einem ersten Schritt dreht sich der Revolver 14 so, dass der Werkzeugeinsatz 10 in die gewünschte Position gebracht wird (6a). Danach wird der Revolver 14 so verfahren, insbesondere im Wesentlichen entlang seiner Rotationsachse 20, dass die Werkstückaufnahme 36 auf das Werkstück 17 aufgeschoben wird (6b).
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Die Klemmbacken 50 halten das Werkstück 17, so dass das Spannfutter 16 nun gelöst werden und der Werkzeugeinsatz 10 durch eine Bewegung des Revolvers 14 aus dem Bereich des Spannfutters 16 herausgefahren werden. Wenn der für eine Schwenkbewegung erforderliche Raum zur Verfügung steht (6c), wird der Werkzeugeinsatz 10 mit dem Fluid 42 beaufschlagt, so dass die Werkstückaufnahme 36 am Schwenkende in einer Abladeposition steht (5d).
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Mittels des Revolvers 14 wird der Werkzeugeinsatz 10 nun so positioniert, dass bei einem Schließen des Spannfutters 16 das Werkstück 17 vom Spannfutter 16 gehalten wird (5e). Danach wird der Werkzeugeinsatz 10 mittels des Revolvers 14 wieder aus dem Bereich des Spannfutters 16 gefahren. Steht genügend Raum zur Verfügung, wird das Fluid 42 abgeschaltet und die Werkstückaufnahme 36 schwenkt zurück in ihre Grundstellung (ähnlich 6a).
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In 7 ist ein Verfahren zum Betätigen eines Werkzeugeinsatzes mit einem Basiselement 30 und einer relativ zum Basiselement 30 verlagerbar angeordneten Werkstückaufnahme 36 gezeigt, wobei der Werkzeugeinsatz 10 insbesondere gemäß der zuvor beschriebenen ersten oder zweiten Ausführungsform ausgestaltet ist. Im Schritt S10 wird zunächst der Werkzeugeinsatz in eine Werkstückaufnahme 22 der Maschine 12 eingesetzt, wobei die Werkstückaufnahme 22 insbesondere in einem Revolver 14 einer Drehmaschine angeordnet ist. Im Schritt 512 befindet sich der Werkzeugeinsatz 10 dann in einer Grundstellung.
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Um das Werkstück nun neu zu orientieren oder neu zu positionieren, insbesondere das Werkstück 17 zu drehen, wird im Schritt S14 der Werkzeugeinsatz 10 zum Werkstück 17 gefahren. Das Aufnehmen des Werkstücks 17 mittels der Werkstückaufnahme 36 findet dann im Schritt S16 statt. Ist das Werkstück 17 von der Werkstückaufnahme 36 aufgenommen, kann im Schritt S18 der Werkstückhalter der Maschine 12, hier das Spannfutter 16, geöffnet werden. Der Werkzeugeinsatz 10 wird dann im Schritt S20 weggefahren, damit für den nachfolgenden Schritt S22 genügend freier Raum zur Verfügung steht.
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Im Schritt S22 wird dann das Drehen bzw. Verschwenken der Werkstückaufnahme 36 bewirkt, insbesondere indem der Werkzeugeinsatz 10 wie zuvor beschrieben mit einem Fluid 42 beaufschlagt wird. Nach dem Drehen bzw. dem Verschwenken, allgemein dem Verlagern, fährt der Werkzeugeinsatz 10 mit dem Werkstück 17 wieder zum Werkstückhalter der Maschine 12 (Schritt S24). Dabei fährt der Werkzeugeinsatz 10 das Werkstück 17 in eine solche Position, dass der Werkstückhalter, hier das Spannfutter 16, das Werkstück 17 im Schritt S26 arretieren kann. Im Schritt S28 fährt der Werkzeugeinsatz 10 das Werkstück 17 wieder in einen Bereich, wo für einen Dreh- bzw. Verschwenkvorgang genügend Platz ist.
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Im Schritt S30 wird die im Schritt S22 durchgeführte Verlagerung rückgängig gemacht, so dass der Werkzeugeinsatz 10 wieder in die Grundstellung (Schritt S12) zurückkehrt.
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Die Erfindung stellt damit insgesamt eine besonders vorteilhafte Vorrichtung bereit, die es ermöglicht, bei einer Maschine, insbesondere bei einer Maschine gemäß dem Stand der Technik, auf einfache Weise eine Möglichkeit zu schaffen, ein Werkstück in der Maschine ohne Zugriff von außen neu zu orientieren bzw. neu zu positionieren. Dabei ist es insbesondere möglich, auf Umbaumaßnahmen an der Maschine zu verzichten.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- DIN ISO 10889 [0018]
- DIN 69880 [0018]
- DIN 69881 [0018]
- DIN 69882 [0018]
- DIN 69883 [0018]
