DE3226605A1

DE3226605A1 - Aufspannkopf fuer werkzeugmaschinen

Info

Publication number: DE3226605A1
Application number: DE19823226605
Authority: DE
Inventors: John David Preston Lancashire Jones; Robert Alexander Bradshaw Near Bolton Greater Manchester Shore; Joseph Roger London Topping
Original assignee: British Aerospace PLC
Current assignee: BAE Systems PLC
Priority date: 1981-07-17
Filing date: 1982-07-16
Publication date: 1983-02-10
Also published as: IT1148369B; IT8248849A0; GB2103966A; FR2509648A1; FR2509648B1; GB2103966B; DE3226605C2; JPS5828488A

Description

JZ/bbUb

Die Erfindung bezieht sich auf einen Aufspannkopf für eine Werkzeugmaschine, der wenigstens zwei Werkzeuge trägt, die abwechselnd auf ein Werkstück arbeiten können.

Der Ausdruck "Werkzeugmaschine" soll industrielle Maschinen, beispielsweise automatisch arbeitende Werkzeugmaschinen, Drehbänke, Bohrmaschinen und so weiter umfassen.

Unter dem Ausdruck "automatische Werkzeugmaschine" werden Vorrichtungen verstanden, die ein computergesteuertes System aufweisen, das automatisch einen Arm in verschiedene vorbestimmte Stellungen überführt.

Die Erfindung geht aus von einem Aufspannkopf für Werkzeugmaschinen mit einem Lagerkörper, mit dem der Aufspannkopf an der Werkzeugmaschine festlegbar ist und mit einem Werkzeugkopf und ist dadurch gekennzeichnet, daß der Werkzeugkopf an im Abstand zueinander liegenden Stellen wenigstens zwei Werkzeuge aufweist, daß der Werkzeugkopf auf dem Lagerkörper über eine Kupplung festgelegt ist, die eine Versetzung des Werkzeugkopfes relativ zu dem Lagerkörper zwischen einer Stellung, in der eines der Werkzeuge auf eine vorbestimmte Arbeitsachse ausgerichtet ist und einer Stellung ermöglicht, in der das andere Werkzeug auf die vorbestimmte Achse ausgerichtet ist, und daß ein Antrieb den Werkzeugkopf zwischen diesen beiden Stellungen bewegt.

Der Arm kann dabei präzise in jener Stellung gehalten werden, jedoch hat es sich gezeigt» daß die wiederholte Positionierung des Werkzeugmaschinenarmes an der gleichen Stelle nicht mit genügender Genauigkeit gewährleistet wird, um den ersten Arbeitsgang einer Reihe von Arbeitsgängen mit einem Werkzeug an einer Stelle durchführen zu können, wenn der Arm nach einer Werkzeugwechselstation überführt und das Werkzeug gewechselt und dann der Arm nach der gleichen Stelle zurückgeführt wird. Es ergibt sich dann keine genügend große Genauigkeit, um den zweiten Arbeitsgang ordnungsgemäß durchführen zu können. Außerdem ist die Verweilzeit,in der der Arm in der' ersten Bearbeitungsstellung steht, in der der erste Arbeitsgang durchgeführt wird, während des Werkzeugwechsels und während der Wiedereinrichtung des Werkzeugs und der Durchführung des zweiten Arbeitsgangs relativ groß.

Gemäß dem beschriebenen Ausführungsbeispiel sind die beiden Werkzeuge auf einem Werkzeugkopf montiert, der beweglich auf einem Lagerkörper montiert ist, welcher seinerseits von einem Werkzeugmaschinenarm getragen wird. Im Betrieb wird der Arm nach einer Spannstellung überführt und in jener Stellung gehalten, während die beiden Arbeitsgänge nacheinander durchgeführt werden, wobei der Werkzeugwechsel durch Schwenken des Werkzeugkopfes gegenüber dem Lagerkörper bewirkt wird. Auf diese Weise wird eine präzise Ausrichtung der Arbeitsachsen beim ersten und zweiten

Arbeitsgang gewährleistet.

Der im Ausführungsbeispiel dargestellte Arbeitskopf ist in erster Linie bestimmt zum Bohren und Festlegen der Außenhaut eines Flugzeugs auf den zugeordneten Rahmen. Demgemäß erfolgt eine Programmie rung in der Weise, daß zunächst ein Ausbohren eines Loches und dann ein Ansenken des Loches erfolgt, und daß dann ein Niet in das Loch getrieben wird, um die Außenhaut gegen den Rahmen zu ziehen. Dieser Arbeitszyklus wird an zahlreichen Stellen und in unterschiedlichen Lagen über dem Werkstück durchgeführt und der Automat muß vorher so programmiert werden, daß sein Arm nacheinander jede dieser Arbeitsstellungen anläuft.

Der Aufspannkopf 10 weist einen Lagerkörper in Form einer Grundplatte 11 auf, die an der Rollplatte des Arms des Werkzeugautomaten befestigbar ist. Die Grundplatte 11 weist zwei Vorsprünge 12 auf, von denen in der Zeichnung nur einer ersichtlich ist. Zwischen diesen Vorsprüngen wird das Gehäuse 13 eines Schaufelantriebs bzw. eines Drehschieberantriebs 14 befestigt sein. Der Drehschieber bzw. der Drehflügel 15 dieses Antriebs ist an einer Welle 16 festgelegt, die an beiden Enden von Augen 17 eines Schwenklagers 18 getragen wird. Im Betrieb wird der Drehantrieb 14 und der Flügel 15 zusammen mit dem Schwenk lagerauf bau im Winkel gegenüber der Grundplatte 11 versetzt. Der Schwenklageraufbau 18 ist mit zwei Werkzeugen versehen, nämlich mit einem Bohrkopf 19 und einer Mutter-

änziehvorrichtung 20, die um die Welle 16 im Winkelabstand von 67 1/2° angeordnet sind. Der Schwenklageraufbau weist zwei Stahleinsätze 21 und einen Begrenzungsmikroschalter 22 auf, der mit einstellbaren Anschlägen 23 zusammenwirkt, die auf der Grundplatte 11 angeordnet sind, um die Bogenbewegung des Schwenklageraufbaus zwischen den beiden Endstellungen zu begrenzen, in denen der Bohrkopf 19 bzw. die Mutteranzugsvorrichtung 20 auf eine Arbeitsachse A ausgerichtet ist (in der Zeichnung ist der Bohrkopf 19 auf diese Achse ausgerichtet). Die Wirkungslinien des Bohrkopfes 19 und der Mutteranzugsvorrichtung 20 laufen durch die Mittelachse der Welle 16, wenn die Werkzeuge in ihrer Arbeitsstellung befindlich. sind und außerdem durchstoßen die Wirkungslinien die Mitte der Grundplatte 11.

Der Bohrkopf 19 weist einen Basisträger 24 auf, der am Schwenk lagerauf bau 18 befestigt ist und starr zwei Säulen 25 trägt, von denen nur eine dargestellt ist. Der Bohrträger ist auf den Säulen 25 über zwei Bohrungen gleitbar beweglich. Die Gleitbewegung wird durch zwei pneumatische Kolbenantriebe 27 bewirkt, die gegen den Basisträger 24 bzw. den Bohrträger 26 wirken und es ist ein Mikroschalter 24' vorgesehen, um festzustellen wenn die beiden Teile völlig zusammengefahren sind.

Ein pneumatisch betätigter Bohrer 28 wird vom Bohrträger 26 durch vordere und hintere elastische Lagerabstützungen 29 bzw. 29' getragen, die eine Anstellung von etwa 4° ermöglichen. Die elastischen Lagerabstützungen weisen je aufeinander passende Kugel-

J Z Z b b U

oberflächen auf, die mit einem Fluorcarbonüberzug versehen sind. Die elastischen Lagerungen können mittels eines Hohlbolzens 30 auf ein gewünschtes Ausmaß vorgespannt sein, wobei dieser Bolzen 30 am hinteren Ende des Bohrers 28 festgelegt ist. Das vordere Ende des Bohrers 28 weist ein Bohrkopfgehäuse 31 auf.

Die Mutteranziehvorrichtung 20 weist einen allgemein C-förmig gestalteten Träger 32 auf, der auf dem Schwenklageraufbau 18 festgelegt ist. Zwei Säulen 33, von denen nur eine dargestellt ist, verlaufen zwischen den Schenkeln des Trägers 32 und sie stützen gleitbar einen pneumatisch betätigten Mutternschlüssel 34 ab. Die Gleitbewegung des Mutterschlüssels 34 wird durch einen pneumatischen Kolbenantrieb 35 bewirkt, der in einem Fortsatz des Trägers 32 untergebracht ist, und es ist ein Mikroschalter 34' vorgesehen um festzustellen, wann der Mutternschlüssel 34 voll zurückgezogen ist. Die Muttereindrehvorrichtung 34 bzw. die Schraubeneindrehvorrichtung kann einen Clip für die Außenhaut des Flugzeugs haltern, diesen Clip in ein gebohrtes Loch einsetzen und dann die Mutter des Clips bzw. das Gewinde aufschrauben und mit einem gewünschten Drehmoment festziehen, wodurch örtlich die Außenhaut des Flugzeuges mit einem beträchtlichen Druck von 3,45 bar bis 69 bar angepreßt wird.

Im Rahmen dieser Beschreibung soll der Ausdruck "Clip für die Flugzeughaut" eine Vorrichtung bezeichnen, welche einen .Abschnitt aufweist in dem eine Längsbohrung befindlich ist» in der gleitbar ein Clip gelagert ist.

Das Clipelement weist einen Gabelabschnitt auf, dessen Gabelschenkel voneinander weg vorgespannt sind und Anschläge tragen, die an der Lippe eines gebohrten Loches angreifen, und außerdem besitzen sie einen Gewindeschaft. Die Schenkel des Gabelabschnittes erstrecken sich durch ein Ende der Bohrung des Körpers, während der Gewindeabschnitt durch das andere Ende vorsteht und eine Mutter trägt. Durch Anspannen der Mutter wird der Gabelabschnitt veranlaßt in den Körperabschnitt zurückzukehren .

Eine typische Arbeitsfolge wird nunmehr beschrieben. Zu Beginn wird das Schwenklager 18 so angeordnet, daß der Bohrkopf 19 auf die Arbeitsachse A ausgerichtet ist. Der Bohrkopf 19 ist voll zurückgezogen und der Bohrmotor steht still. Ebenso ist das andere Muttereindrehwerkzeug 20 voll zurückgezogen. All diese Stellungen werden elektrisch abgefühlt und können auf einer Anzeigetafel dargestellt werden.

Der Werkzeugmaschinenarm wird automatisch in seine Anfangsspannstellung überführt, in der der Bohrer mit einem berechneten Winkel senkrecht zur Flugzeugaußenhaut aufsetzt. Der Aufbau wird so positioniert, daß die Bohrerspitze von der Außenhaut 10 mm entfernt steht. Nachdem diese Stellung erreicht ist, wird das Steuersystem für den Werkzeugkopf 10 aktiviert. Es werden Pneumatik-Kolbenantriebe 27 betätigt, um den pneumatisch betätigten Bohrer 28 vorzuschieben und so die Spitze des Bohrers mit dem Gehäuse vorzuschieben und ihn auf der Außenhaut des Flugzeugs aufzusetzen. Das Gehäuse 31 klemmt die Außenhaut dicht

gegen den Trägerrahmen dieser Haut. Wenn dies geschehen ist, dann wird der Druck in der pneumatischen Förderleitung nach den pneumatischen Kolbenantrieben 27 auf eine Stillstandsbedingung erhöht und dies wird durch das Steuersystem festgestellt, wodurch nunmehr der pneumatisch betätigte Bohrer in Tätigkeit gesetzt wird. Nachdem ein Loch in der Außenhaut und in dem darunterliegenden Rahmen eingebohrt ist, wird der Bohrer angehalten und die pneumatischen Kolbenantriebe 27 werden zurückgezogen, um den Bohrer 19 zurückzuführen. Die Rückzugsendstellung des Bohrers wird elektrisch durch einen Mikroschalter 24' festgestelIt.

Das Steuersystem für den Aufspannkopf 10 betätigt dann den Drehflügelantrieb 14, um den Schwenkaufbau 18 um 67 1/2^Q zu verschwenken, so daß die Muttereindrehvorrichtung 20 auf die Arbeitsachse A ausgerichtet wird. Diese Tätigkeit wird durch den zugeordneten Einsatz 21 unterstützt, der den zugeordneten Anschlag 23 der Grundplatte 11 berührt und bewirkt, daß der zugeordnete Mikroschalter 22 betätigt wird. Die Muttereindrehvorrichtung 20 wird zusammen mit dem Außenhauthalter dann direkt über dem vorher gebohrten und angesenkten Loch placiert, jedoch in einem Abstand von 10 mm von der Außenhaut des Flugzeugs entfernt. Dann werden die Kolbenantriebe 35 betätigt, um die Muttereindrehvorrichtung und die Klemmvorrichtung für die Außenhaut nach vorn zu schieben. Diese Bewegung setzt sich fort bis der Außenhautclip voll in das vorher gebohrte Loch eingeführt ist und die fest-

stehende Nase der Muttereindrehvorrichtung die Außenhaut des Flugzeugs gegen den Rahmen festgeklemmt hat. In dieser Lage erreicht der der pneumatischen Andruckvorrichtung 35 zugeführte Druck eine Endstellung,und dieser Druck wird durch das Steuersystem für den Aufspannkopf 10 abgefühlt. Das Steuersystem bewirkt danach, daß die Muttereindrehvorrichtung betätigt wird und die Mutter auf den Clip mit einem gewünschten Drehmoment aufschraubt. Auf diese Weise wird die Außenhaut an Ort und Stelle festgezogen. Nachdem dies geschehen ist, wird die Muttereindrehvorrichtung 19 in ihre Ausgangslage zurückgeführt .

Dann wird die automatische Werkzeugmaschine wieder angetrieben, bis die Muttereindrehvorrichtung in Verbindung gebracht wird mit dem Clipmagazin, und es wird dann ein neuer Clip auf die Eindrehvorrichtung 20 übertragen.

Dann wird der Drehantrieb 14 betätigt, um den Aufspannkopf 10 in die Ausgangslage zurückzuführen.

Der Werkzeugmaschinenarm wird dann durch sein Steuersystem nach der nächst vorprogrammierten Stelle überführt und dann wird der Zyklus wiederholt.

Das vorbeschriebene Ausführungsbeispiel wurde in Verbindung mit einem Bohr- und Clipvorgang beschrieben. Die Erfindung umfaßt jedoch auch Auf spannkopfanordnungen, die mehrere Arbeitsgänge durchführen, welche

eine Ausrichtung auf die erste und zweite Arbeitsachse erfordern, beispielsweise ein Bohren und Vern ieten.

Das Ausführungsbeispiel wurde in Verbindung mit einer "Cincinnati Milacron T3 Industrial Werkzeugmaschine" beschrieben, jedoch kann der Aufspannkopf auch bei anderen Werkzeugmaschinen, beispielsweise einer Drehmaschine Anwendung finden.

Die Winkel abstände zwischen den beiden Werkzeugen können von dem angegebenen-Winkel von 67 1/2° unterschieden sein.

Claims

3-226805

Patentanwälte .' : ;*Dipl;-lng.-Curt Wallach

Europäische Patentvertreter " " Di pi-1 ng. 6 ü nther Koch

European Patent Attorneys Dipl.-Phys. Dr.TIno Haibach

Dipl.-Ing. Rainer Feldkamp

D-8000 München 2 ■ Kaufingerstraße 8 · Telefon (0 89) 2 60 80 78 · Telex 5 29 513 wakai d

Datum: ¹⁶· ^{Juli 1982}

British Aerospace unser zeichen: 17 495 - K/Ap

Public Limited Company

100, Pall Mali,

London, SW1Y 5HR

England

Patentanmeldung:

Aufspannkopf für Werkzeugmaschinen

Patentansprüche:

Aufspannkopf für Werkzeugmaschinen mit einem Lagerkörper, mit dem der Aüfspannkopf an der Werkzeugmaschine festlegbar ist und mit einem Werkzeugkopf,

dadurch gekennzeichnet, daß der Werkzeugkopf an im Abstand zueinander liegenden Stellen wenigstens zwei Werkzeuge (19,20) aufweist, daß der Werkzeugkopf (18) auf dem Lagerkörper über eine Kupplung (16) festgelegt ist, die eine Versetzung des Werkzeugkopfes relativ zu dem Lagerkörper zwischen einer Stellungen der eines der Werkzeuge (19) auf eine vorbestimmte Arbeitsachse (A) ausgerichtet ist, und einer Stellung ermöglicht, in der das andere Werkzeug (20) auf die vorbestimmte Achse ausgerichtet, ist, und daß ein Antrieb (14) den Werkzeugkopf zwischen diesen beiden Stellungen bewegt.

2266U5
2. Aufspannkopf nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet, daß die Kupplung (16) als Schwenk lager ausgebildet ist.
3. Aufspannkopf nach Anspruch 2,

dadurch gekennzeichnet, daß der Werkzeugkopf (18) zwei Werkzeuge (19,20) aufweist, daß ein Anschlag (23) vorgesehen ist, um die Schwenkbewegung des Werkzeugkopfes zwischen jener Stellung, in der das eine Werkzeug (19) auf die vorbestimmte Arbeitsachse (A) ausgerichtet ist und jener Stellung zu begrenzen, in der das andere Werkzeug (20) hierauf ausgerichtet ist.
4. Aufspannkopf nach einem der vorhergehenden Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet, daß der Antrieb (14) einen Schaufelbetätigungsmechanismus aufweist.
5. Aufspannkopf nach einem der vorhergehenden Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet, daß eines der Werkzeuge ein Bohrer (19) ist, und daß das andere Werkzeug ein Nietwerkzeug ist.
6. Werkzeugmaschinenautomat mit einem Aufspannkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 5, mit einem beweglichen Arm, der computergesteuert ist um eine Reihe vorbestimmter Lagen einzunehmen, dadurch gekennzeichnet,

daß ein Lagerkörper (11) an dem Arm angeordnet ist, der einen Werkzeugkopf (18) trägt, und daß der Werkzeugkopf an im Abstand zueinander liegenden Stellen zwei Werkzeuge (19,20) trägt, daß der Werkzeugkopf gegenüber dem Lagerkörper zwischen einer Stellung, in der das eine Werkzeug (19) auf eine vorbestimmte Arbeitsachse (A) gegenüber dem Lagerkörper ausgerichtet ist und einer Stellung verschwenkbar ist, in der das andere Werkzeug (20) auf die vorbestimmte Achse ausgerichtet ist.