DE3127130A1

DE3127130A1 - "verfahren zum werkstueckwechseln bei spanenden hochgeschwindigkeitsbearbeitungsmaschinen und spanende bearbeitungsmaschine zur durchfuehrung des verfahrens"

Info

Publication number: DE3127130A1
Application number: DE19813127130
Authority: DE
Inventors: Horst 3500 Kassel Seitz
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 1981-07-09
Filing date: 1981-07-09
Publication date: 1983-01-27
Also published as: GB2103529A; JPH0118241Y2; JPS5827001U; FR2509208A1; GB2103529B; FR2509208B3

Description

AKTIENGESELLSCHAFT

3180 Wolfsburg 1
- 4 -

Unsere Zeichen: E 3134
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.

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

AKTIENGESELLSCHAFT

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Unsere Zeichen: K 3134
17O2pt-gn-kl

08. Jy j j 1980

ANSPRÜCHE

f 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 Transportvorrichtung

Vorsitzender Vorstand: Toni Schmiicker, Vorsitzender · Claus Borgward · Karl-Heinz Briam · Prof. Dr. tecnn. Ernst Fia!» - Dr. jur. Peter F.'erk

des 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.