DE3216891C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Mehrspindel-Drehautomaten mit einem an einem Spindelkasten um eine zentrale Schaltachse drehbar gelagerten Spindelträger, in dem mehrere, jeweils eine Schaltposition definierende Arbeitsspindeln derart gelagert sind, daß sich die Arbeitsspindelachsen auf der Schaltachse treffen und jede Arbeitsspindel durch Schalten des Spindel­ trägers in eine Arbeitsposition gebracht werden kann, und mit einem Hauptmotor für den Antrieb einer Antriebswelle, sowie mit Formschluß-Kupplungselementen an der Antriebswelle und den Arbeitsspindeln zur Herstellung einer Drehantriebs­ verbindung zwischen der Antriebswelle und der sich in Arbeits­ position befindlichen Arbeitsspindel, wobei das Antriebswellen- Kupplungselement zum Kuppeln mit bzw. Abkuppeln von der jeweils in Arbeitsposition befindlichen Arbeitsspindel längs der Antriebswellenachse zwischen einer Auskuppel- und einer Kuppel­ stellung längsverschiebbar ist.

Zum Stand der Technik (DE-GM 66 00 091) zählt schon ein Mehrspindel-Drehautomat mit einem an einem Spindelkasten um eine vertikale Schaltachse drehbar gelagerten Spindelträger, in dem zu beiden Seiten der Schaltachse jeweils eine Arbeits­ spindel drehbar gelagert ist, wobei die Arbeitsspindelachsen horizontal und parallel zueinander verlaufen. In diesem Stand der Technik wird auch der Vorschlag gemacht (Seite 8 unten bzw. Seite 9 oben), die Arbeitsspindeln koaxial im Spindel­ träger zu lagern und die Schaltachse des Spindelträgers nicht vertikal, sondern im spitzen Winkel zur Vertikalen verlaufen zu lassen. Die beiden Arbeitsspindeln tragen an ihren vonein­ ander abgewandten Enden jeweils ein Werkstück-Spannfutter, so daß dasjenige der einen Arbeitsspindel eine Be- und Entlade­ position außerhalb des Arbeitsraums des Drehautomaten einnimmt, wenn das Spannfutter der anderen Arbeitsspindel dem Arbeitsraum zugekehrt ist, und durch eine Drehung des Spindelträgers um 180° um die Schaltachse läßt sich eine in Arbeitsposition be­ findliche Arbeitsspindel in die Be- und Entladeposition bringen bzw. das Umgekehrte bewirken. Jede Arbeitsspindel definiert also eine Schaltposition und läßt sich durch Schalten des Spindelträgers in die Arbeitsposition bringen. In dieser kann sie über ein Wechselgetriebe und eine Zwischenwelle von einem Hauptmotor angetrieben werden, wobei die Zwischenwelle zum Ankuppeln an die bzw. Abkuppeln von der sich in Arbeitsposition befindlichen Arbeitsspindel in ihrer Längsrichtung verschiebbar ist, um so ein auf der Zwischenwelle befestigtes Zahnrad mit einem auf der Arbeitsspindel befestigten Antriebszahnrad in Eingriff bzw. außer Eingriff bringen zu können. Der Spindel­ träger ist mit einer zu seiner Schaltachse koaxialen Schalt­ welle fest verbunden, welche sich über ein Zahnradgetriebe von einem zweiten Motor drehen läßt. Nachteilig an dieser bekannten Drehmaschine ist nicht nur, daß für den Antrieb der sich jeweils in Arbeitsposition befindlichen Arbeitsspindel und für das Schalten des Spindelkastens zwei Motoren erforder­ lich sind, sondern es müssen auch zwei Überwachungsvorrichtun­ gen vorgesehen werden, um den Spindelträger und die sich in Arbeitsposition befindliche Arbeitsspindel drehwinkelgenau stillsetzen zu können (bei der Bearbeitung nicht vollständig rotationssymmetrischer Werkstücke ist es, z. B. für das Be- und Entladen, wichtig, auch die Arbeitsspindel in einer ganz bestimmten Drehwinkelposition stillsetzen zu können).

Der Erfindung lag die Aufgabe zugrunde, einen Mehrspindel- Drehautomaten mit einem drehbaren Spindelträger zu schaffen, bei dem sich der letztere schneller und mit geringerem Aufwand als beim Stand der Technik schalten und drehwinkelgenau still­ setzen läßt.

Ausgehend von einem Drehautomaten der eingangs erwähnten Art läßt sich diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch lösen, daß ein Drehwinkelgeber für die Antriebswelle vorgesehen ist, daß die Achse der Antriebswelle mit derjenigen der sich in Arbeitsposition befindenden Arbeitsspindel fluchtet, daß das Antriebswellen-Kupplungselement in der Auskuppelstellung mit einem Zahnradgetriebe für den Spindelträger verbunden ist und daß das Übersetzungsverhältnis zwischen Antriebswelle und Spindelträger derart ist, daß nach einem Schalten des Spindel­ trägers die Formschluß-Kupplungselemente wieder kuppelbar sind. Bei dem erfindungsgemäßen Drehautomaten kommt man nicht nur mit einem einzigen Motor für den Antrieb der sich in Arbeits­ position befindlichen Arbeitsspindel und für den Schaltantrieb des Spindelträgers aus, sondern es lassen sich auch wesentlich kürzere Schaltzeiten für den Spindelträger erzielen, da für dessen Fortschaltung die hohe Leistung des für den Antrieb der Arbeitsspindeln vorgesehenen Hauptmotors zur Verfügung steht. Des weiteren benötigt man nicht unbedingt eine besondere Überwachungsvorrichtung für die Drehwinkelposition des Spindelträgers, wenn man dafür Sorge trägt, daß sich eine in Arbeitsposition befindliche Arbeitsspindel in einer ganz bestimmten Drehwinkelposition stillsetzen läßt, denn dann kann der hierfür erforderliche Drehwinkelgeber mit der Antriebswelle verbunden werden und so auch die Drehbewegung des Spindelträ­ gers überwachen. Dies ermöglicht schließlich die Verwendung zumindest nahezu spielfreier Formschluß-Kupplungselemente, vor allem dann, wenn, wie bei einer besonders vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Drehautomaten, sich die Arbeitsspindelachsen mit der Schaltachse in einem gemeinsamen Schnittpunkt schneiden und das Antriebswellen-Kupplungselement zum Kuppeln mit bzw. Abkuppeln von der jeweils in Arbeitsposi­ tion befindlichen Arbeitsspindel in deren Längsrichtung im Bereich dieses Schnittpunkts zwischen einer Auskuppel- und einer Kuppelstellung längsverschiebbar ist, denn dann erfolgt das An- und Abkuppeln an einer besonders günstigen Stelle, wo Temperaturänderungen die geringsten Geometrieänderungen ver­ ursachen, so daß sich z. B. eine zumindest nahezu spielfreie Klauenkupplung für den Antrieb der Arbeitsspindeln verwenden läßt. Entsprechendes gilt für das dem Schaltantrieb des Spindelträgers dienende Zahnradgetriebe.

Bei einer Revolverbohrmaschine ist es bereits bekannt (DE-OS 29 36 785), mit Hilfe eines einzigen Motors und einer schaltbaren Kupplung entweder eine Bohrspindel anzutreiben oder einen mehrere Werkzeugspindeln tragenden Werkzeugrevolver weiterzuschalten. Bei dieser bekannten Revolverbohrmaschine nimmt ein an einem Ständer vertikal verchiebbares Bohrkopf­ gehäuse den Werkzeugrevolver auf, in dem parallel zueinander und zu seiner zentralen Schaltachse verlaufende Werkzeug­ spindeln drehbar gelagert sind. Ein von einem Motor angetrie­ benes Zahnrad wird über eine schaltbare und dabei in Richtung der Zahnradachse verschiebbare Reibungskupplung entweder mit einem Zahnradgetriebe zum Drehen des Werkzeugrevolvers oder mit der sich in Arbeitsposition befindlichen Bohrspindel verbunden, wozu in diesem Zahnrad eine als Keilwelle auge­ bildete Antriebswelle längsverschiebbar angeordnet und mit dem einen Kupplungselement einer Reibungskupplung fest ver­ bunden ist. Dieser Stand der Technik berührt aber weder das Problem des drehwinkelgenauen Stillsetzens einer Arbeits­ spindel und eines Spindelträgers, noch gar die mit dem Einsatz zumindest nahezu spielfreier Kupplungen verbundenen Probleme.

Obwohl schon eine gemäß dem Grundgedanken der vorliegenden Erfindung ausgebildete Drehmaschine einen besonders einfachen Aufbau besitzt, weil mit dem Schalten einer einzigen Kupplung der Hauptmotor immer entweder mit einer der Arbeitsspindeln oder mit dem Spindelträger verbunden wird, ergibt sich eine besonders billig herstellbare Ausführungsform dadurch, daß man die Antriebswelle mit einem Antriebszahnrad versieht, wel­ ches in der Auskuppelstellung mit einer mit dem Spindelträger verbundenen Verzahnung in Eingriff steht.

Da der Spindelträger während einer Schaltbewegung stets phasen­ starr mit der Antriebswelle gekuppelt ist, könnte man daran denken, die jeweilige Schaltposition des Spindelträgers über den mit der Antriebswelle phasenstarr verbundenen Drehwinkel­ geber in die Maschinensteuerung einzugeben. Einfacher wird die Überwachung der jeweiligen Spindelträgerposition jedoch dann, wenn ein erster Drehwinkelgeber mit der Antriebswelle und ein zweiter Drehwinkelgeber mit dem Spindelträger phasen­ starr verbunden ist.

Weitere vorteilhafte Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen 4 und 5.

Im folgenden soll eine besonders vorteilhafte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Drehautomaten anhand der zeichnerischen Darstellung näher erläutert werden; in der Zeichnung zeigt

Fig. 1 eine Seitenansicht des erfindungs­ gemäßen Mehrspindel-Revolverdreh­ automaten;

Fig. 2 eine Draufsicht auf diesen Drehauto­ maten;

Fig. 3 einen Schnitt durch den Spindelträger des Drehautomaten gemäß der Linie 3-3 in Fig. 2;

Fig. 4 die Mittel zum Verschieben der Antriebs­ welle für die Arbeitsspindeln im Schnitt, wobei die Fig. 4 die Fig. 3 nach links ergänzt und

Fig. 5 einen Ausschnitt aus einer Seitenansicht von Planverzahnungen, die den Spindel­ kopf in seinen Schaltpositionen arre­ tieren.

Zunächst soll anhand der Fig. 1 und 2 der grundsätzliche Aufbau eines erfindungsgemäßen Mehrspindel-Revolverdreh­ automaten erläutert werden.

An einem Spindelkasten 10 ist ein Spindelträger 12 um eine vorzugsweise unter 45° zur Horizontalen verlaufen­ de Schaltachse 14 drehbar gelagert. Dieser Spindelträger besitzt zwei Arbeitsspindeln 16 und 18, eine Meßstation 20 und eine Greiferstation 22, wobei die Achsen der beiden Arbeitsspindeln 16 und 18 miteinander einen Winkel von 90°, mit der Schaltachse 14 jeweils einen Winkel von 45° bilden und die Schaltachse und sich selbst im gleichen Punkt schneiden.

Gleiches gilt für die ebenfalls strichpunktiert angedeuteten Achsen der Meßstation 20 und der Greiferstation 22, deren Achsen eine Ebene definieren, die senkrecht zu der von den Arbeitsspindelachsen definierten Ebene verläuft. Durch diese vorteilhafte Ausführung des Spindelträgers 12 läßt sich durch 90°-Drehungen des Spindelträgers um seine Schaltachse 14 ersichtlich erreichen, daß jede der Stationen 16, 18, 20 und 22 in diejenige Position gebracht werden kann, die die Arbeitsspindel 16 in den Fig. 1 und 2 einnimmt, d. h. in die Arbeitsposition der Arbeitsspindeln.

Die Spannfutter der Arbeitsspindeln wurden mit 26 bezeich­ net, ein vom Spannfutter der Arbeitsspindel 16 gehaltenes, zu bearbeitendes oder bereits fertig bearbeitetes Werkstück mit 28. Die Meßstation 20 ist mit einem üblichen Taster 30 bestückt, der beim Berühren eines Gegenstands ein elektri­ sches Steuersignal abgibt, und die Greiferstation 22 trägt zwei Doppelgreifer 32 und 34 zum Erfassen von Werkzeugen.

Koaxial zu der sich in Arbeitsposition befindenden Arbeits­ spindel 16 oder 18 sind im Spindelkasten 10 eine Hohlwelle 36 und eine Kernwelle 38 drehbar gelagert, wobei die letztere bis zu einer am Spindelkasten befestigten Konsole 40 reicht, an der ein doppelt wirkender Druckmittelzylinder 42 montiert ist. Dieser dient einer Längsverschiebung der Kernwelle 38, wie später noch erläutert werden wird. Auf der Hohlwelle 36 sind Riemenscheiben 43 befestigt, über die Treibriemen 44 zu Riemenscheiben 46 auf der Welle eines Antriebsmotors 48 verlaufen, mit dem sich die Hohl­ welle 36 antreiben läßt.

Vor dem Spindelträger 12 sitzt ein aus einem Unterschlitten 50 und einem Oberschlitten 52 bestehender Kreuzschlitten, der einen sogenannten Linear-Revolver 54 trägt. Dieser ist mit einer Reihe von Werkzeugschäften 56 und von den letzteren getragenen Werkzeugen 58 bestückt, so daß sich die Werkzeuge quer zu der in Arbeitsposition befindlichen Arbeitsspindel 16 und in Arbeitsspindellängs­ richtung verschieben lassen. Entsprechende Antriebe für die Ober- und Unterschlitten 52 bzw. 50 wurden jedoch nicht dargestellt.

Über dem eigentlichen Drehautomaten ist ein Portal 60 er­ richtet, welches eine mit Hilfe eines nicht dargestellten Antriebs in Richtung des Doppelpfeils B verfahrbare Traverse 62 trägt, längs der mit gleichfalls nicht dargestellten Antriebsmitteln in Richtung des Doppelpfeils C ein Wagen 64 verschoben werden kann. Dieser trägt einen sich vertikal nach unten erstreckenden Greifer 66 (siehe Fig. 1) für die Handhabung von Werkzeugen und Werkstücken.

Traverse 62, Wagen 64 und Greifer 66 bilden also eine als Ganzes mit 70 bezeichnete Handhabungsvorrichtung, wobei Mittel zum Betätigen des Greifers 66 einschließlich eines Drehens, Anhebens und Absenkens dieses Greifers nicht gezeichnet wurden, da derartige Handhabungsvorrichtungen dem Fachmann bekannt sind.

Schließlich zeigen die Fig. 1 und 2 noch eine Werk­ stückpalette 72 und eine Werkzeugpalette 74, die mit Werkstücken 76 bzw. Werkzeugen 78 bestückt sind. Diese Werkstücke und Werkzeuge lassen sich vermittels der Hand­ habungsvorrichtung 70 zum Spindelträger 12 bzw. von diesem zu den Paletten transportieren.

Anhand der Fig. 3 bis 5 soll nun der innere Aufbau des Spindelträgers 12, sein Schaltantrieb und der An­ trieb der Arbeitsspindeln 16, 18 näher erläutert werden.

Die im Spindelkasten 10 drehbar gelagerte Hohlwelle 36 ist mit einer Paßfeder 90 versehen, die in eine Längsnut 92 der in der Hohlwelle 36 verschiebbar gelagerten Kern­ welle 38 eingreift, so daß die beiden Wellen drehfest miteinander verbunden sind, die Kernwelle 38 sich jedoch in der Hohlwelle 36 verschieben läßt. Das vordere Ende der Kernwelle 38 trägt den einen Teil einer Klauenkupplung 94, deren anderer Teil sich am inneren Ende einer jeden der Arbeitsspindeln 16, 18 findet. Durch Verschieben der Kernwelle 38 gemäß Fig. 3 nach rechts läßt sich also die in Arbeitsposition befindliche Arbeitsspindel 16 bzw. 18 an die Kernwelle 38 ankuppeln und infolgedessen durch den Antriebsmotor 48 in Drehung versetzen. Die Fig. 3 zeigt jedoch den entkuppelten Zustand, in dem sich der Spindel­ träger 12 um die Schaltachse 14 drehen läßt.

Zu diesem Zweck ist auf der Kernwelle 38 ein Abtriebs­ ritzel 96 befestigt, das mit einem Antriebszahnrad 98 einer Zwischenwelle 100 dann kämmt, wenn sich die Kern­ welle 38 in ihrer zurückgezogenen, in Fig. 3 gezeigten Stellung befindet. Die Zwischenwelle 100 ist ferner mit einem Drehmelder 102 und einem Kegelrad 104 versehen, welch letzteres sich im ständigen Eingriff mit einem Kegel­ rad 106 befindet, das mit dem Spindelträger 12 fest ver­ bunden ist.

Am Spindelkasten 10 sind ein unterer Zahnring 108 sowie mehrere Druckmittelzylinder 112 angebracht, deren Kolben­ stangen 114 einen oberen Zahnring 110 tragen. Am Spindel­ träger 12 ist ein im Querschnitt ungefähr Z-förmiger äußerer Zahnring 109 fest angebracht, der sich über den oberen Zahnring 110 mit dem stationären unteren Zahnring 108 verbinden und so am Drehen hindern läßt.

Diese Verbindung läßt sich durch Beaufschlagung eines unteren Zylinderraums 118 unter den Kolben 120 der Druck­ mittelzylinder 112 lösen (in Fig. 3 gezeigter Zustand), während durch Beaufschlagung eines oberen Zylinderraums 122 mit einem Druckmittel sich der obere Zahnring 110 wieder nach unten ziehen und sich so der Spindelträger 12 am Spindelkasten 10 verriegeln läßt.

Nachzutragen ist noch, daß an der Rückseite des Spindel­ kastens 10 eine weitere Konsole 128 sitzt, die einen Drehmelder 130 trägt, der über eine Riemenscheibe 132 und einen Treibriemen 134 von den Riemenscheiben 43 der Hohl­ welle 36 angetrieben wird.

Die Fig. 4 zeigt den doppelt wirkenden Druckmittelzylinder 42, der eine Kolbenstange 42 a mit einem Kolben 42 b auf­ weist und an dem die Kernwelle 38 drehbar gelagert ist; in axialer Richtung sind Kolbenstange 42 a und Kernwelle 38 jedoch miteinander verbunden, wie sich dies der Fig. 4 entnehmen läßt.

Wie bereits erwähnt wurde, soll es sich bei dem erfindungs­ gemäßen Revolver-Drehautomaten um eine numerisch gesteuerte Drehmaschine handeln; Steuerungen für derartige Maschinen sind bekannt, so daß auf deren Schilderung verzichtet werden kann.

In dem in den Fig. 3 und 4 gezeigten Zustand der Maschine läßt sich der Spindelträger 12 mit Hilfe des Antriebsmotors 48 um die Schaltachse 14 drehen, wobei sich über den Dreh­ melder 102 und die Maschinensteuerung der Drehwinkel überwachen und festlegen läßt - der Drehmelder 102 ist dank des Kegelradgetriebes 104, 106 ständig phasenstarr mit dem Spindelträger 12 verbunden. Wurde der Spindelträger 12 in die gewünschte Schaltposition gebracht, wird er mit Hilfe der Druckmittelzylinder 112 am Spindelkasten 10 verriegelt. Befindet sich eine der Arbeitsspindeln 16, 18 vor der Kernwelle 38, kann diese durch den Druckmittel­ zylinder 42 gemäß Fig. 3 nach rechts verschoben werden, so daß die Klauenkupplung 94 einkuppelt. Um das Ineinander­ greifen ihrer Klauen zu gewährleisten, kann über den Dreh­ melder 130 und die Maschinensteuerung eine bestimmte Dreh­ winkelstellung der Kernwelle 38 eingestellt und sicher­ gestellt werden. Beim Verschieben der Kernwelle 38 gemäß Fig. 3 nach rechts, d. h. beim Einkuppeln der Klauenkupplung 94, wird außerdem die Kernwelle 38 vom Kegelradgetriebe 104, 106 getrennt, da das Abtriebsritzel 96 aus der Ver­ zahnung des Antriebszahnrads 98 herausgefahren wird. Das Übersetzungsverhältnis zwischen der Kernwelle 38 und dem Kegelrad 106 wird zweckmäßigerweise so gewählt, daß auch nach einem Verdrehen des Spindelträgers 12 um die Schaltachse 14 um 90° oder ein Vielfaches von 90° gewähr­ leistet ist, daß die Klauenkupplung 94 durch einfaches Vorfahren der Kernwelle 38 sich wieder einkuppeln läßt.

Wie sich den Fig. 1 bis 3 entnehmen läßt, kann nun ein von der Arbeitsspindel 16 gehaltenes Werkstück bear­ beitet werden, während die sich nicht im Arbeitsraum des Drehautomaten befindliche und senkrecht nach oben ragende Arbeitsspindel 18 mit Hilfe der Handhabungsvorrichtung 70 entladen wird, d. h. es wird ihr ein fertig bearbeitetes Werkstück entnommen und ein zu bearbeitendes Werkstück in die Arbeitsspindel eingesetzt. Mit einer etwas anders ausgebildeten Handhabungsvorrichtung könnte man aber auch währenddessen ein abgenutztes Werkzeug einem der Greifer 32, 34 entnehmen und in den anderen Greifer ein neues Werkzeug einsetzen. Hierzu ließe sich auch die in den Fig. 1 und 2 gezeigte Handhabungsvorrichtung 70 ver­ wenden, würde man die Greiferstation 22 und die Arbeits­ spindel 18 in ihrer Anordnung am Spindelträger 12 mitein­ ander vertauschen.

Claims (5)

1. Mehrspindel-Drehautomat mit einem an einem Spindelkasten um eine zentrale Schaltachse drehbar gelagerten Spindel­ träger, in dem mehrere, jeweils eine Schaltposition definierende Arbeitsspindeln derart gelagert sind, daß sich die Arbeitsspindelachsen auf der Schaltachse treffen und jede Arbeitsspindel durch Schalten des Spindelträgers in eine Arbeitsposition bringbar ist, und mit einem Hauptmotor für den Antrieb einer Antriebs­ welle, sowie mit Formschluß-Kupplungselementen an der Antriebswelle und den Arbeitsspindeln zur Herstellung einer Drehantriebsverbindung zwischen der Antriebswelle und der sich in Arbeitsposition befindlichen Arbeits­ spindel, wobei das Antriebswellen-Kupplungselement zum Kuppeln mit bzw. Abkuppeln von der jeweils in Arbeits­ position befindlichen Arbeitsspindel längs der Antriebs­ wellenachse zwischen einer Auskuppel- und einer Kuppel­ stellung längsverschiebbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß

• a) ein Drehwinkelgeber (130) für die Antriebswelle (36, 38) vorgesehen ist;
• b) die Achse der Antriebswelle (36, 38) mit der­ jenigen der sich in Arbeitsposition befindenden Arbeitsspindel (16) fluchtet;
• c) das Antriebswellen-Kupplungselement (94, 96) in der Auskuppelstellung mit einem Zahnradgetriebe (98, 104, 106) für den Spindelträger (12) verbunden ist, und daß
• d) das Übersetzungsverhältnis zwischen Antriebswelle (36, 38) und Spindelträger (12) derart ist, daß nach einem Schalten des Spindelträgers (12) die Formschluß-Kupplungselemente (94) wieder kuppelbar sind.

2. Drehmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein erster Drehwinkelgeber (130) mit der Antriebs­ welle (36, 38) und ein zweiter Drehwinkelgeber (102) mit dem Spindelträger (12) phasenstarr verbunden ist.

3. Drehmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich­ net, daß die Antriebswelle (38) ein Antriebszahnrad (96) trägt, welches in der Auskuppelstellung mit einer mit dem Spindelträger (12) verbundenen Verzahnung (98) in Eingriff ist.

4. Drehmaschine nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Verzahnung (98) von einem Zahnrad einer Zwischen­ welle (100) gebildet wird, die ein Antriebszahnrad (104) trägt, welches sich in ständigem Eingriff mit einem am Spindelträger (12) angebrachten Zahnkranz (106) befindet.

5. Drehmaschine nach den Ansprüchen 2 und 4, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der zweite Drehwinkelgeber (102) von der Zwischenwelle (100) angetrieben wird.