DE68905072T2 - Zusatzvorrichtung zum präzisen Drehen eines Werkstücks. - Google Patents

Description

• Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Zusatzvorrichtung zum präzisen Drehen einer seitlichen Fläche eines in einer Spindel einer Bearbeitungsmaschine befestigten Werkstückes gemäss dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
• Vorrichtungen dieser Art sind bereits bekannt, insbesondere aus der japanischen Publikation A-50-145986, welche den nächstliegenden Stand der Technik beschreibt. Die europäische Patentanmeldung EP-A-88810239.9 vom 14. April 1988 (am Prioritätstag der vorliegenden Anmeldung nicht publiziert) bezieht sich ebenfalls auf eine Vorrichtung der gleichen Art.
• Diese Vorrichtungen sind speziell konzipiert, um die rationelle Bearbeitung von Werkstücken, wie Trägertrommeln von Aufnahmebändern für Videogeräte wie für digitale Kasettenaufnahmegeräte zu ermöglichen. Eine Trommel dieses Typs ist in der Fig. 1 dargestellt.
• Die bereits bekannten Vorrichtungen der erwähnten Art sind im allgemeinen befriedigend. Sie erlauben in der Mehrheit der Fälle mit den erforderlichen Präzisionsanforderungen und auf ökonomische Art und Weise die in der Höhe variable Schulter, die die Aussenfläche der Trommel aufweisen muss, zu bearbeiten. Der Verlauf dieser Schulter ist durch eine Steuerkurve definiert. Besonders wenn die Schulter den in Fig. 1B gezeigten Verlauf aufweist, d.h., einen kontinuierlichen Verlauf derart, dass Beschleunigungen und Verzögerungen einen begrenzten Wert aufweisen, passen die bekannten Vorrichtungen gut.
• Es existieren jedoch Fälle, wo das Profil der Schultern unvermittelte Aenderungen aufweist, die beträchtliche Abweichungen der Beschleunigung und der Verzögerung zur Folge haben (siehe Fig. 1C).
• Die Bearbeitung dieser Stücke mit bekannten Vorrichtungen erfordert das Arbeiten bei reduzierter Geschwindigkeit, d.h. unter weniger ökonomischen Bedingungen.
• Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung der erwähnten Art zu schaffen, welche das Bearbeiten unter ökonomischen Bedingungen von Werkstücken gemäss den Fig. 1 und 1C erlaubt.
• Gemäss der Erfindung wird diese Aufgabe in einer Zusatzvorrichtung der eingangs erwähnten Art durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruches 1 erzielt.
• Ein Ausführungsbeispiel des Gegenstandes der Erfindung wird im folgenden beispielsweise und mit Bezug auf die Zeichnung beschrieben. Es zeigen
• Fig. 1 eine Ansicht der zu bearbeitenden Trommel,
• Fig. 1A eine Detailansicht im vergrösserten Massstab des Bereiches A der Fig. 1,
• Fig. 1B eine Abwicklung des Profiles einer Schulter in einer herkömmlichen Trommel,
• Fig. 1C eine ähnliche Ansicht wie diejenige der Fig. 1B, welche das Profil einer Schulter zeigt, welche hohe Beschleunigungs- und Verzögerungswerte aufweist,
• Fig. 2 eine schematische Draufsicht auf eine Drehmaschine, welche mit der beschriebenen beispielsweisen Ausführungsform ausgerüstet ist.
• Fig. 3 eine Draufsicht der Vorrichtung,
• Fig. 4 einen Längsschnitt gemäss der Linie A-A der Fig. 3,
• Fig. 5 einen Querschnitt gemäss der Linie B-B der Fig. 4,
• Fig. 6 einen Querschnitt gemäss der Linie C-C der Fig. 4,
• Fig. 7 einen Längsschnitt gemäss der Linie D-D der Fig. 5,
• Fig. 8 eine Ansicht der Lage der Vorrichtung während dem Drehen der Fläche 1d und
• Fig. 9 eine Ansicht der Lage der Vorrichtung während dem Fertigbearbeiten der Schulter 1a.
• Die Drehmaschine nach den Fig. 2 bis 9 weist einen Spindelstock 2 auf, in dem eine Hauptspindel 3 mit einer durch einen pneumatischen Spannzylinder 5 betätigten Spanneinrichtung 4 angeordnet ist. Koaxial mit der Spanneinrichtung 4 ist eine Glockenkurve 30 fest verbunden. Das Profil ihrer Steueroberfläche ist ein genaues Abbild des Profiles der Schulter 1a, welche im Werkstück 1 zu bearbeiten ist. Die Spindel 3 ist durch einen nicht dargestellten Elektromotor angetrieben, der mit der Welle 3 durch einen Riemenantrieb verbunden ist, welcher den Riemen 6 und die mit der Welle 3 fest verbundene Riemenscheibe 7 umfasst. Durch einen Zahnriemen 9 mit der Hauptspindel 3 antriebsverbunden ist auch ein inkrementaler Drehgeber 8, der als Drehzahlgeber für die Steuerung des Antriebsmotors 10 der Zusatzvorrichtung (Bearbeitungseinrichtung) wirkt.
• Die letztere ist gesamthaft mit 11 bezeichnet und auf dem Kreuzschlitten 12 der Drehmaschine befestigt, so dass sie durch Bewegungen dieses Kreuzschlittens in und aus der Wirklage gebracht werden kann. Die Vorrichtung 11 weist einen Grundkörper 13 auf, der auf der oberen Platte des Kreuzschlittens 12 befestigt ist. Ein Schieber 14 ist längsbeweglich und vorzugsweise hydrostatisch im Grundkörper 13 gelagert. Die Oelleitung für die hydrostatische Lagerung wird bei den Gewindebohrungen 22 angeschlossen und das Oel fliesst durch die Kapillaren 24 und die Bohrungen 23 zu den Lagertaschen 25.
• An dem aus dem Grundkörper 13 herausragenden Ende des Schiebers 14 ist eine Tastrolle 31 angebracht, welche mit der Steuerkurve 30 zusammenwirken kann. Ebenfalls an dem aus dem Grundkörper 13 herausragenden Teil des Schiebers 14 sind zwei Werkzeugaufnahmen 15 herausgearbeitet, in welchen die beiden Drehwerkzeuge 16 und 17 befestigt sind.
• Gegen das andere Ende des Schiebers 14 zu ist eine zweite Tastrolle 18 angebracht, die mit der zweiten Steuerkurve 20 zusammenwirken kann.
• Diese zweite Steuerkurve 20 ist mit einer Welle 21 drehf est verbunden, die im Grundkörper 13 durch Lager 26 drehbar gelagert ist. Das eine Ende der Welle 21 ist als kraftschlüssige Wellen-Naben-Verbindung ausgebildet, in der die Antriebswelle 27 eines Elektromotors 10, der im Grundkörper 13 montiert ist, fest eingespannt ist. Der besagte Elektromotor ist im Ausführungsbeispiel ein Schrittmotor, dessen Schrittzahl pro Umdrehung mit der Impulszahl pro Umdrehung des Drehgebers 8 übereinstimmt und dessen Drehgeschwindigkeit von diesem mit der Hauptspindel 3 antriebsverbundenen Drehgeber über eine geeignete Ansteuereinheit bestimmt wird, so dass die Steuerkurve 20 mit der Hauptspindel 3 genau drehzahlsynchron läuft.
• Als Antrieb der Steuerkurve 20 könnte auch ein mit einem Drehgeber ausgerüsteter Gleich- oder Drehstrommotor in Frage kommen, der dann mittels einer geeigneten Steuerung die Steuerkurve 20 ebenfalls drehzahlsynchron mit der Hauptspindel 3 antreiben würde.
• Ein in die Welle 21 eingreifender Stift 28 wirkt mit einem Näherungsschalter zusammen, um einen Strom bei jeder Umdrehung für eine genau bestimmte Winkellage der Welle zu unterbrechen. Somit ergibt sich pro Umdrehung der Steuerkurve 20 ein Referenz-Signal. Auch der inkrementale Drehgeber 8 gibt pro Umdrehung ein Referenz-Signal für eine präzis definierte Winkellage ab.
• Der Schieber 14 wirkt mit den Andrückmitteln 19 zu sammen, die durch eine oder mehrere Federn gebildet werden können, wobei je nach der durch den Kreuzschlitten 12 auferlegten Lage der Vorrichtung er in Richtung seiner Längsverschiebung entweder über die Tastrolle 18, die sich an der Steuerkurve 20 abstützt (Fig. 8), oder durch die Tastrolle 31, die sich an der Steuerkurve 30 (Fig. 9) abstützt, in Lage gehalten werden kann.
• Die beschriebene Bearbeitungseinrichtung wirkt nun wie folgt:
• Nachdem namentlich die Bohrungen 1b und 1c des in der Spanneinrichtung 4 fest gespannten Werkstückes 1 bearbeitet worden sind, wird in die Vorrichtung 11 sofort durch Verschiebung des Kreuzschlittens 12 in Arbeitsstellung gemäss Fig. 8 gebracht. Die Steuerkurve 30 ist wirkungslos und die Steuerung des Schiebers 14 erfolgt durch die Steuerkurve 20. Die Drehzahl der Hauptspindel 3 wird auf einen niederen Wert abgebremst und der Antriebsmotor 10 der Vorrichtung 11 dreht die Steuerkurve 20 in ihre Referenzlage. Durchläuft nun der Drehgeber 8 sein Referenzsignal, so wird der Antriebsmotor 10 eingeschaltet und beginnt sich winkel- und drehzahlsynchron mit der Hauptspindel 3 zu drehen. Die Drehzahl der Hauptspindel wird nun auf die Bearbeitungsdrehzahl beschleunigt, wobei der Antriebsmotor 10 folgt. Durch den Kreuzschlitten 12 erfährt nun die Vorrichtung 11 eine Vorschubbewegung in Z-Richtung und das Werkzeug 17 bearbeitet zunächst die Mantelfläche 1d an der Trommel 1. Hierbei wird auch bereits die Schulter 1a vorgefertigt, weil ja der Schieber 14, in dem das Werkstück 17 befestigt ist, unter Einwirkung der Federn 19 dem Profil der Steuerkurve 20 folgt, also während jeder Umdrehung axial hin- und herbewegt wird.
• Diese Bearbeitung kann mit einer hohen Drehzahl erfolgen, da ja das Profil der Steuerkurve 20 gemäss der Fig. 1B kontinuierlich, also ohne Beschleunigungs- und Verzögerungssprünge verläuft. Trotzdem wird die Schulter 1a am Werkstück 1 mit genügender Genauigkeit vorgefertigt, so dass sie anschliessend durch einen Einstechvorgang fertig bearbeitet werden kann. Da zudem während dem soeben beschriebenen Bearbeitungsvorgang die Steuerkurve 30 nicht in Wirkverbindung mit der Bearbeitungseinheit 11 steht, kommen auch keine die Rundlaufgenauigkeit der Mantelfläche 1d am Werkstück 1 ungünstig beeinflussenden zusätzlichen Kräfte auf die Lagerung der Hauptspindel 3.
• Ist nun die Mantelfläche 1d am Werkstück 1 fertig bearbeitet, so wird die Drehzahl der Hauptspindel 3 auf einen kleineren Wert abgebremst und durch eine X-Bewegung des Kreuzschlittens 12 das Werkzeug 17 vom Werkstück 1 abgehoben. Anschliessend fährt der Kreuzschlitten 12 in Z-Richtung vor und bringt die Vorrichtung 11 in eine Position gemäss Fig. 9.
• In dieser Stellung ist nun das gegenüber dem Werkzeug 17 vorstehende Werkzeug 16 in seiner Arbeitslage, die Kurve 30 ist über die Tastrolle 31 und durch die Federn 19 mit dem Schieber 14 in Wirkverbindung und zwischen der Tastrolle 18 und der Steuerkurve 20 ist ein Zwischenraum "X" entstanden, so dass die besagte Steuerkurve 20 ohne Wirkung auf die Bewegungen des Schiebers 14 ist.
• Da nun die Steuerkurve 30 ein genaues Abbild des zu erzeugenden Profiles nach Fig. 1C ist, erfolgt nun die Endfertigung der Schulter 1a und des angrenzenden Teiles der Mantelfläche 1d (Fig. 1A) in einem einfachen Einstechvorgang durch eine Verschiebung des Kreuzschlittens 12 in X-Richtung. Sobald dieser Fertigungsvorgang beendet ist, bewegt sich der Kreuzschlitten 12 in seine Ausgangsstellung, damit anschliessend das fertige Werkstück 1 aus dem Futter 4 ausgespannt werden kann.
• Durch die Verwendung zweier Steuerkurven, von denen die eine einen mehr kontinuierlichen Kurvenverlauf hat, und bei der Bearbeitung der Mantelfläche 1d zur Wirkung kommt, die andere auf der Hauptspindel befestigte Steuerkurve jedoch ein genaues Abbild der Schulter 1a ist, und bei deren Endfertigung zur Wirkung kommt, kann die Mantelfläche 1d wirtschaftlich mit einer hohen Drehzahl bearbeitet werden und nur für den zeitlich wenig bedeutungsvolllen Einstechvorgang zum Fertigbearbeiten der Schulter 1a muss mit einer niedrigeren Drehzahl gearbeitet werden. Da die auf der Hauptspindel befestigte Steuerkurve 30 während dem Bearbeiten der Mantelfläche 1d nicht in Wirkverbindung mit der Vorrichtung 11 ist, wirken in dieser Zeit auch keine den Rundlauf der Mantelfläche 1d ungünstig beeinflussenden zusätzlichen Kräfte auf die Lagerung der Hauptspindel. Da zudem zwischen der Vorrichtung 11 und der Hauptspindel 3 keine mechanische Verbindung besteht, kann sich der Kreuzschlitten 12 in seinem ganzen Arbeitsbereich ungehindert bewegen und zum Fertigen der Bohrungen 1b und 1c können mit der Hauptspindel Drehzahlen von über 6'000 U/min gefahren werden. All dies trägt dazu bei, dass mit der erfindungsgemässen Vorrichtung auch die Bandtrommeln von solchen Videogeräten und DAT-Recordern rationell gefertigt werden können, deren Schultern Kurvenverläufe mit markanten Beschleunigungs- und Verzögerungssprüngen aufweisen.

Claims (8)

1. Zusatzvorrichtung zum präzisen Drehen einer seitlichen Fläche (1a, 1d) eines in einer Spindel (3) einer Bearbeitungsmaschine befestigten Werkstückes (1) mit

einer Befestigungsfläche (13), die dazu bestimmt ist, auf einem als Kreuzschlitten ausgebildeten Träger (12) der genannten Bearbeitungsmaschine befestigt zu werden,

Schlittenmittel (14), welche in einer vorbestimmten Richtung in bezug auf die Befestigungsfläche beweglich sind, entgegen der Wirkung von elastischen Mitteln (19), Befestigungsmitteln (15) für mehrere Drehwerkzeuge (16, 17), welche einstückig mit den Schlittenmitteln sind,

und Nocken- oder Kurvenbetätigungsmittel (20, 30), welche mindestens einen synchron mit der Spindel in Rotation versetzten Nocken oder eine Kurve umfassen, wobei die Betätigungsmittel die Verschiebungen der Werkzeuge sichern, im Verlaufe derer jedes einen Teil der genannten Fläche bearbeitet, dadurch gekennzeichnet, dass die genannten Schlittenmittel aus einem einzigen Schlitten (14) bestehen und dass

die genannten Nockenbetätigungsmittel mehrere synchronisiert angetriebene Steuerglieder, von denen jedes eine Führungsfläche aufweist, und mehrere Uebertragungsorgane umfassen, welche auf dem genannten Schlitten (18, 13) befestigt sind, wobei jedes bestimmt ist, mit einem der Nocken zusammenzuwirken,

und die Führungsflächen der Nocken und die Uebertragungsorgane derart angeordnet sind, dass die genannten Uebertragungsorgane durch die Verschiebungen des Kreuzschlittens nacheinander in Stützpositionen zugeführt werden können, in welchen sie auf der Führungsfläche des Nockens, welchem sie entsprechen, gegen die Wirkung der erwähnten elastischen Mittel abstützen, um die Verschiebungen der Kulisse zu betätigen.

2. Vorrichtung nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorwärtsbewegungen, die Positionierbewegungen und die Hebebewegungen der Werkzeuge durch die Bewegungen des Kreuzschlittens realisiert werden, auf welchem die Zusatzvorrichtung befestigt ist.

3. Vorrichtung nach einem der Patentansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass sie zwei Nocken aufweist.

4. Vorrichtung nach Patentanspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Nocken (30) mit einer Spindel (3) der Bearbeitungsmaschine verbunden ist, welche eine Befestigungsklemme (4) für das Werkstück (1) trägt und dass der zweite Nocken (20) mit einer Zusatzwelle (21) verbunden ist, welche durch die Befestigungsfläche (13) der genannten Zusatzvorrichtung getragen ist und durch einen elektrischen Antrieb (8, 10) synchron mit der Geschwindigkeit und der Winkellage der Spindel in Rotation versetzt wird.

5. Vorrichtung nach Patentanspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Nocken (30) ein glockenförmiger Nocken ist, der aus einem Stück mit der Spindel der Bearbeitungsmaschine besteht und koaxial zu der genannten Spindel ist.

6. Vorrichtung nach Patentanspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Nocken (20) ein flacher Nocken ist und die Achse der Zusatzwelle (21) rechtwinklig zur Richtung der Verschiebung des Schlittens orientiert ist.

7. Vorrichtung nach den Patentansprüchen 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, dass die genannten Nocken einer nach dem anderen durch eine Verschiebung des Kreuz- Schlittens in Arbeitsstellung gebracht werden.

8. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Schlitten in der Befestigungsfläche entsprechend der genannten vorbestimmten Richtung durch eine hydrostatische Wellenlagervorrichtung (22, 23, 24, 25) geführt ist.