DE3127130A1 - "verfahren zum werkstueckwechseln bei spanenden hochgeschwindigkeitsbearbeitungsmaschinen und spanende bearbeitungsmaschine zur durchfuehrung des verfahrens" - Google Patents
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Description
AKTIENGESELLSCHAFT
3180 Wolfsburg 1
- 4 -
- 4 -
Unsere Zeichen: E 3134
1702pt-gn-kl
1702pt-gn-kl
Yerfahren zum Werkstückwechseln bei spanenden Hochgeschwindigkeitsbearbeitungsmascb-inen
und spanende Bearbeitungsmaschine zur Durchführung des "Verfahrens
Die Erfindung bezieht sich auf ein Yerfahren zum Werkstückwechseln
bei spanenden Hochgeschwindigkeitsbearbeitungsmaschinen gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 sowie auf spanende Bearbeitungsmaschinen zur !Durchführung dieses Verfahrens gemäß dem Oberbegriff
des Patentanspruchs 3·
TJm die Produktivität zu erhöhen, ist man ständig bestrebt, die Zerspanleistung
von spanenden Bearbeitungsmasehinen, insbesondere Drehmaschinen, zu erhöhen . Eine Erhöhung der Zerspanleistung
ist z.B.- unter gleichzeitigem Einsatz hochwertiger Werkzeuge, z. B. Keramikwerkzeuge - durch Erhöhung der Bearbeitungsgeschwindigkeit,
d. h. durch Erhöhung der Spindeldrehzahl sowie durch Erhöhung der Antriebsleistung möglich.
Bei spürbarer Erhöhung der Spindeldrehzahl, z. B. auf 10 000 Tj/min.
oder sogar auf 15 000 Tj/min., wird zwar die Zerspanleistung der Bearbeitungsmaschine
wesentlich verbessert, doch wirkt sich diese Ver-
Vorsitzender Vorstand: Tcr.i Schmücker, Vorsitzender · Claus Borgward - Karl-Heinz Bria-π · Prof. Dr. tedin. Ernst Fiala · Dr. jur. Peter Frerfc
des Aufsichtsrats: Dr.jur.V,O!'c2-3 R.Habbel · Günter Hartwicfi · Horst Münzner · Dr.rer.pol.We-r.er P.Schmidt · Prof.Dr.rer.poi.Friedrich Thomäe
Ke.-: G-=:s' Ratjen Sitz der Gesellschaft: Wolfsburg Amtsgericht Wolfsburg HRB
besserung u. TJ. nicht in vollem Umfange aus, weil sich das Verhältnis
zwischen der Zerspanzeit, d. h. der aktiven Werkstückbearbeitung, und der Eüstzeit, d. h. der benötigten Zeit zum Ein- und
Ausspannen des Werkstückes, spürbar verschlechtert. Diese Verschlechterung ist nicht nur dadurch begründet, daß der Zerspanakt
selbst schneller geht, sondern auch dadurch, daß die nunmehr benötigte erhöhte Antriebsleistung für die Hauptspindel den Einsatz
eines größeren Motors erfordert, der größere rotierende Massen besitzt. Bas Abbremsen und Wiederbeschleunigen dieses großen Antriebsmotors verläuft nicht nur vergleichsweise träge, sondern benötigt
auch relativ viel Leistung.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Werkstückwechseln
bei spanenden Hochgeschwindigkeitsbearbeitungsmaschinen, sowie eine spanende Bearbeitungsmaschine so auszubilden, daß das Verhältnis
zwischen Zerspanzeit und Rüstzeit entscheidend verbessert und darüber hinaus der Verschleiß der Bearbeitungsmaschine gesenkt wird.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale
des Patentanspruchs 1 sowie des Patentanspruchs 3 gelöst.
Vorteilhafte und erfindungswesentliche Ausgestaltungen und Weiterbildungen
der Erfindung sind in den TJnteransprüchen angegeben.
Anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles wird die Erfindung nachstehend im einzelnen erläutert.
In der Zeichnung zeigen in zum Teil schematischer Darstellung
Pig. 1 die Seitenansicht einer Hochgeschwindigkeitsdrehmaschine gemäß der Erfindung,
Fig. 2 ein vergrößertes Detail dieser
Maschine in zum Teil geschnittener Darstellung und
Fig. 3 und Pig. 4 einen Ausschnitt der 'Flg. 2 zu
verschiedenen Zeiten des Werkstückwechsels .
Die in Fig. 1 dargestellte Hochleistungs drehmaschine besteht im
wesentlichen aus einem Werkzeugtisch 15, einer Hauptspindel 1, einer Eeitstockspindel 3 sowie Zerspanwerkzeugen 12.
Auf dem Arbeitstisch 15 sind im Abstand zueinander ein Hauptspindelträger
16 sowie ein axial dazu verschiebbarer Eeitstock 2 gelagert.
Im Hauptspindelträger 16 ist zum einen die Hauptspindel 1 drehbar gelagert und zum andern ist an ihm ein leistungsstarker Antriebsmotor
14 zum Antrieb der Hauptspindel befestigt, dessen Antriebsleistung
der Höhe der benötigten Zerspanleistung angepaßt ist.
In Eeitstock 2 ist die Eeitstockspindel 3 drehbar gelagert. Darüber
hinaus ist am Eeitstock noch ein zweiter Antriebsmotor 6 mit einer im Vergleich, zum ersten Antriebsmotor I4 geringen Leistung befestigt,
über den die Eeitstockspindel 3 angetrieben werden kann, wie später
noch im einzelnen erläutert wird.
Das spanend zu bearbeitende Werkstück 9 ist in Spitzen gelagert, und
zwar mit seinem einen Ende auf der Hauptspitze 1J der Hauptspindel 1
und mit seinem anderen Ende auf der Eeitstockspitze 5 der Eeitstockspindel
3- Eie Lagerung des Werkstückes in Spitzen erscheint bei
diesen hohen Drehzahlen zunächst recht ungewöhnlich. Sie bietet jedoch eine präzise und sehr zuverlässige Lagerung. Der Einsatz von
Jutter-Einspannungen o. ä. ist bei den angestrebten hohen Spindeldrehzahlen
wegen der dabei auftretenden Fliehkräfte praktisch nicht nöglich.
In Ausführungsbeispiel sind zwei horizontal und vertikal verschiebbare
sowie um ihre horizontale Längsachse verdrehbare Werkzeugträger 12 vorgesehen, an denen - z. B. jeweils mehrere - Schneidwerkzeuge
befestigt sind.
Um die Hochleistungsdrehmaschine optimal einzusetzen, wird jeweils
ein fliegender Werkstückwechsel durchgeführt. Die vom Antriebsmotor
14 angetriebene Hauptspindel 11 läuft also beim Werkstückwechsel,
d. hu beim Einführen des zu bearbeitenden Werkstückes 9 in die Maschine
und beim Herausnehmen des bearbeiteten Werkstückes aus der Maschine, mit voller Drehzahl weiter. Zu diesem Zweck ist zum einen der zweite
Antriebsmotor 6 vorgesehen und zum anderen sind Hauptspitze 7 1^a
Hauptspindel 1 einerseits sowie Eeitstockspitze 5 und Reitstockspindel
3 andererseits in besonderer Weise ausgebildet und angeordnet.
In Pig. 2 sind Einzelheiten der Hauptspindel- und Reitstockspindel-Ausbildung
dargestellt.
Die Reitstockspindel 3 ist in Reitstock 2 drehbar gelagert und kann
unter der Wirkung einer in axialer Richtung an ihr angreifenden Antriebsvorrichtung·
4 in Form eines hydraulischen Kraftzylinders im
oder Schlitteneinheit
Reitstock 2/auch axial verscüooen werden. Die Reitstockspitze 5 der Reitstockspindel 3 ist mit einer Mitnehmervorrichtung versehen, über die die Reitstockspitze bzw. die Reitstockspindel 3 drehmomentschlüssig mit dem Werkstück 9 gekoppelt werden kann. Diese Mitnehmervorrichtung kann nach Art einer Klauenkupplung ο. ä. ausgebildet sein, bei der im stirnseitig am Werkstück 9 angeordnete, zumindest annähernd radial verlaufende Einkerbungen, Nuten ο. ä. damit korrespondierende vorspringende Partien an der Stirnseite der Reitstockspindel eingreifen.
Reitstock 2/auch axial verscüooen werden. Die Reitstockspitze 5 der Reitstockspindel 3 ist mit einer Mitnehmervorrichtung versehen, über die die Reitstockspitze bzw. die Reitstockspindel 3 drehmomentschlüssig mit dem Werkstück 9 gekoppelt werden kann. Diese Mitnehmervorrichtung kann nach Art einer Klauenkupplung ο. ä. ausgebildet sein, bei der im stirnseitig am Werkstück 9 angeordnete, zumindest annähernd radial verlaufende Einkerbungen, Nuten ο. ä. damit korrespondierende vorspringende Partien an der Stirnseite der Reitstockspindel eingreifen.
bei
Im Gegensatz zur Reitstockspindel 3 sind/der Hauptspindel 1 eine Hauptspitze 7 tid-cL eine Mitnehmervorrichtung 8 funktionsmäßig voneinander
völlig getrennt. Während die Kitnehmervorrichtung 8, die in gleicher
oder ähnlicher Weise wie die entsprechende Mitnehmervorrichtung der Reitstockspindel 3 ausgebildet sein kann, starr mit der Hauptspindel
1 verbunden ist, ist die Hauptspitze 7 unabhängig davon freilaufend in der Hauptspindel 1 gelagert. Sie kann gegen die Kraft einer Federvorrichtung
13 axial etwas in die Hauptspindel 1 eingeschoben werden.
Die Werkstückwechsel laufen wie folgt ab:
Es wird davon ausgegangen, daß die Hauptspindel 1 vom Antriebsmotor
14 mit voller Drehzahl angetrieben wird und gerade kein
Werkstück 9 eingespannt ist. Das zu bearbeitende Werkstück wird dann durch eine Transportvorrichtung 10, z. B. durch eine Hubbalken-Einrichtung,
die im Bereich zwischen den beiden Spitzen 1 und 5 in
einer unterhalb dieser Spitzen liegenden Horizontalebene quer zur Längsachse der Spitzen durch die Maschine hindurchgeführt ist, zwischen
Hauptspitze 7 1111O- Reitstockspitze in eine solche Position gebracht, daß
die Längsachse des Werkstückes 9 mit den Achsen der Hauptspindel 1 und
der Eeitstockspindel 3 fluchtet. Diese Position ist in Fig. 3 dargestellt.
Zunächst befindet sich das Werkstück 9 weder mit der aufgrund der Friktion mit der Hauptspindel 1 umlaufenden Hauptspitze 7 noch mit der
stillstehenden Reitstockspitze 5 in Eingriff. Bei Betätigung der Antriebsvorrichtung
4 fährt die nicht rotierende Eeitstockspindel 3 axial aus,■wodurch zunächst die Eeitstockspitze 5 in eine stirnseitig angeordneten
Zentrierbohrung des Werkstückes 9 eindringt und gleichzeitig eine drehmomentSchlussige Kupplung zwischen dem Werkstück 9 einerseits
und der Mitnehmervorrichtung 18 der Reitstockspitze 5 andererseits
hergestellt wird. Bei weiterer Axialbewegung der Eeitstockspindel 3 wird das Werkstück mit seiner anderen Stirnseite auf die Hauptspitze
aufgeschoben, die dadurch stehenbleibt, falls sie aufgrund von Friktion mit der Hauptspindel 1 umlaufen sollte. Die Reitstockspindel 3 wird nur
so weit axial bewegt, daß das Werkstück 9 zwar auf die Hauptspitze 7
der Hauptspindel geschoben wird, die Mitnehmervorrichtung 8 der mit voller Drehzahl umlaufenden Hauptspindel jedoch noch nicht in Eingriff
mit dem Werkstück gelangt. Diese Position ist in Fig. 4 dargestellt.
spindel Nach. Erreichen dieser Position wird die Reitstock/ 3 vom in seiner
Drehzahl Steuer- oder regelbaren zweiten Antriebsmotor 6 sügig von
Null auf eine mit der Drehzahl der Hauptspindel 1 zumindest annähernd übereinstimmende Drehzahl beschleunigt, wobei es sich versteht, daß
während dieser Zeit die Werkzeuge I7 außer Eingriff sind.
Sobald die Drehzahl des Werkstückes 9 mit der Drehzahl der vom
Antriebsmotor I4 angetriebenen Hauptspindel 1 zumindest annähernd
übereinstimmt, was durch bekannte Einrichtungen zum Messen und Vergleichen von Drehzahlen erfaßt wird, wird die Eeitstockspindel 3
durch die Antriebsvorrichtung 4 solange axial weiter in die Hauptspindel 1 gedrückt, bis die Mitnehmervorrichtung 8 kraft- bzw. drehmoment
Schluss ig mit dem Werkstück 9 gekuppelt ist, womit der eigentliche
Werkstückwechsel beendet ist und die spanende Bearbeitung des Werkstückes beginnen kann.
Grundsätzlich könnte der zweite Antriebsmotor 6, der nur z. B. 2 bis 5 Prozent der Leistung der Hauptantriebsmaschine I4 besitzt,
während des Bearbeitungsvorganges weiterlaufen oder aber im Leerlauf frei mitlaufen. Vorteilhafter ist es jedoch, den zweiten Antriebsmotor
6 drehmomentmäßig vom Werkstück 9 zu trennen, sowie das Werkstück
drehmomentSchlussig mit der Hauptspindel 1 gekuppelt worden
ist. Im Ausführungsbeispiel-ist zu diesem Zweck zwischen der Eeit-Stockspindel
und dem zweiten Antriebsmotor 6 eine ireilaufvorrichtung 11 zwischengeschaltet. Der zweite Antriebsmotor 6 wird lediglich
*- wie zuvor bereits erwähnt - auf eine Drehzahl hochgefahren, die
geringfügig unterhalb der Drehzahl der umlaufenden Hauptspindel 1 liegt. Diese Drehzahldifferenz bewirkt eine Trennung zwischen Eeitstockspindel
und zweitem Antriebsmotor 6, wenn die drehmomentsehlüssige
Verbindung zwischen Hauptspindel 1 und Werkstück 9 imcL
damit auch zwischen Hauptspindel 1 und Eeitstockspindel 5 hergestellt
ist. Der zweite Antriebsmotor 6 kann danach wieder stillgesetzt werden.
Hach Beendigung der spanenden Bearbeitung des Werkstückes 9 erfolgt
der nächste Werkstückwechsel. Das fertig bearbeitete Werkstück wird entnommen und ein zu bearbeitendes neues Werkstück eingesetzt. Bei
der Entnähme des fertig bearbeiteten Werkstückes laufen die zuvor beschriebenen Verfahrensschritte im wesentlichen in umgekehrter
Eichtung ab. Nach Zurückfahren der spanenden Schneidwerkzeuge I7 wird die Eeitstockspindel 3 durch die Antriebsvorrichtung 4 wieder
so weit zurückgezogen - in Fig. 2 nach rechts -, daß das sich dann unter der Wirkung der Federvorrichtung 13 in die gleiche
Richtung axial verlagernde Werkstück drehmomentmäßig von der
Mitnehmervorrichtung 8 der Haupspindel 1 getrennt wird. Anschließend wird das Werkstück 9 durch Verringerung der Drehzahl
des zweiten Antriebsmotors 6 abgebremst. Danach wird die Reitstockspindel 3 weiter auseinandergefahren und das fertige Werkstück
auf der Transportvorrichtung 10 abgelegt.
Falls der zweite Antriebsmotor 6 mit der Reitstockspindel 3 über eine Freilaufvorrichtung 11 verbunden ist, muß diese zur Ermöglichung
der Abbremsung der Reitsrockspindel mit einer zuschaltbaren Freilaufsperre ausgerüstet sein.
Durch die Erfindung wird nicht nur wegen des sehr schnell durchzuführenden
Werkstückwechsels der optimale Einsatz einer Hochgeschwindigkeitsbearbeitungsmaschine
ermöglicht, darüber hinaus wird auch der "Verschleiß des vergleichsweise große rotierende Massen
aufweisenden Hauptantriebes, der bei konventionellen Bearbeitungsmaschinen ständig abgebremst und wieder beschleunigt werden muß,
spürbar verringert.
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Leerseite
Claims (9)
- AKTIENGESELLSCHAFT3180 Wolfsburg 1Unsere Zeichen: K 3134
17O2pt-gn-kl08. Jy j j 1980ANSPRÜCHEf 1.) Verfahren zum Werkstüekwechsein bei spanenden Hochgeschwindigkeitsbearbeitungsmaschinen, insbesondere Hochgeschwindigkeitsdr ehmaschinen, bei denen das zu bearbeitende Werkstück zwischen die Hauptspitze einer motorgetriebenen Hauptspindel und die Reitstockspitze einer Reitstockspindel gespannt ist, dadurch gekennzeichnet, daß bei weiterlaufender Hauptspindel (1) ein fliegender Werkstückwechsel durchgeführt wird, indem das von der Hauptspindel (1) drehmomentenmäßig entkoppelte Werkstück (9) durch die mit ihm drehmomentSchlussig gekoppelte Reitstockspindel (3) von Null auf eine mit der Drehzahl der Hauptspindel (1) zumindest annähernd übereinstimmende Drehzahl beschleunigt wird und nach Erreichen dieser Drehzahl drehmomentschlüssig mit der Hauptspindel (1) gekuppelt wird. - 2. Verfahren nach Anspruch 1,dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Antriebsmotor (6) drehmomentmäßig vom Werkstück (9) getrennt wird, sowie das Werkstück (9) drehmomentschlüssig mit der Hauptspindel (1) gekuppelt wird.
- 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,dadurch gekennzeichnet, daß der Werkstückwechsel automatisch erfolgt, indem das zu bearbeitende Werkstück (9) auf eine durch die Bearbeitungsmaschine hindurchführenden TransportvorrichtungVorsitzender Vorstand: Toni Schmiicker, Vorsitzender · Claus Borgward · Karl-Heinz Briam · Prof. Dr. tecnn. Ernst Fia!» - Dr. jur. Peter F.'erkdes Aufsichtsrats: Dr.jjr.Wollgang R.Hsboel · GLr.:=- Harlwiö! · Horst Münzner · Dr.rer.pol.Werner P.Scnmid! · Pro!.Dr.re-.pol.Friedrich Thomes Keri Gustaf Raijen Sitz der Gesellschaft: Wolfsburg Amtsgericht Wolfsburg HRB(1O) in eine zur Haupt- und Reitstockspindelachse achsparallele Position ausgerichtet, zwischen Haupt- und Reitstockspitze (1,5) gespannt und mit der Reitstockspindel (5) drehmomentschlüssig gekoppelt wird.
- 4. Spanende Bearbeitungsmaschine, instesondere Drehmaschine zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 "bis J>, bei der das Werkstück zwischen Spitzen gelagert wird, mit einer eine Hauptspitze aufweisenden und drehmomentschlüssig mit dem Werkstück kuppelbaren Hauptspindel, die von einem in seiner Leistung der Höhe der Zerspanleistung angepaßten Antriebsmotor antreibbar ist, und mit einer eine Reitstockspitasaufweisenden Reitstockspindel,dadurch gekennzeichnet, daß die Reitstockspindel (5) im Reitstock (2) unter der Wirkung einer in axialer Richtung an ihr angreifenden Antriebsvorrichtung (4) axial verschiebbar gelagert ist, eine mit einer mit dem Werkstück (9) drehmomentschlüssig kuppelbaren. Mitnehmervorrichtung versehene Reitstockspitze (5) aufweist und von einem in seiner Drehzahl von Hull auf eine Höchstdrehzahl Steuer- oder regelbaren zweiten Antriebsmotor (6) antreibbar ist, und daß die Hauptspitze (7) - getrennt von einer starr mit der Hauptspindel (1) verbundenen Mitnehmervorrichtung (8) für die drehmomentSchlussige Kupplung des Werkstückes (9) - in der Hauptspindel (1) drehbar und gegen die Kraft einer Federvorrichtung (13) axial einschiebbar gelagert ist.
- 5. Spanende Bearbeitungsmaschine nach Anspruch 4,dadurch gekennzeichnet, daß die Leistung des zweiten Antriebsmotors (6) zumindest nicht wesentlich größer bemessen ist als erforderlich ist, um das nicht im spanenden Eingriff befindliche Werkstück (9) von Hull auf die Drehzahl der Hauptspindel (1) zügig zu beschleunigen und zur Werkstückabgabe von Drehzahl Hauptspindel (1) auf UuIl abzubremsen.
- 6. Spanende Bearbeitungsmaschine nach Anspruch 4 oder 5j dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Antriebsmotor (6) nach drehmomentschlüssiger Kupplung des Werkstückes (9) mit der Hauptspindel (1) von der Eeitstockspindel (3) abkoppelbar ist.
- 7. Spanende Bearbeitungsmaschine nach Anspruch 6,dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Eeitstockspindel (3) und zweitem Antriebsmotor (6) eine leerlaufvorrichtung (11) zwischengeschaltet ist.
- 8. Spanende Bearbeitungsmaschine nach Anspruch 1J,dadurch gekennzeichnet, daß die Freilaufvorrichtung (11) mit einer zuschaltbaren !"reilaufsperre ausgerüstet ist.
- 9. Spanende Bearbeitungsmaschine nach einem der Ansprüche 4 bis 8, gekennzeichnet durch eine im Bereich zwischen den beiden Spitzen. (1, 5) in einer unterhalb der Spitzen liegenden Horizontalebene quer zur Längsachse der Spitzen (1, 5) durch die Maschine hindurchgeführte Transportvorrichtung (1O), mit der das Werkstück (9) - ggf. unter Zwischenschaltung einer Hubeinrichtung - automatisch in Achsposition zur Haupt- und Eeitstockspitze (7, 5) bringbar ist.
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