WO2001058641A1

WO2001058641A1 - Werkzeugmaschine und verfahren zur bearbeitung eines werkstückes, das mittels eines adapters eingespannt wird

Info

Publication number: WO2001058641A1
Application number: PCT/EP2001/000840
Authority: WO
Inventors: Peter Grund
Original assignee: Stama Maschinenfabrik Gmbh
Priority date: 2000-02-08
Filing date: 2001-01-26
Publication date: 2001-08-16
Also published as: DE10005338C2; DE10005338A1; EP1261452A1

Abstract

Eine Werkzeugmaschine weist eine um eine Drehachse drehbare Werkstückaufnahme (18) zum Einspannen von zu bearbeitenden Werkstücken (17) auf. Ferner ist eine um eine Spindelachse drehbare Werkzeugspindel vorgesehen, in die Werkzeuge zur Bearbeitung der Werkstücke (17) einspannbar sind. Weiter ist ein in die Werkzeugspindel einwechselbarer Greifer (41) vorgesehen, in den ein Adapter (53) einsetzbar ist, der einen ersten Haltebereich (58) aufweist, über den er in den Greifer (41) einsetzbar ist. Ferner ist ein zweiter Haltebereich (59) vorgesehen, in dem ein Werkstück (17) mit zumindest teilweise bearbeiteter Aussenkontur einspannbar ist. Über einen dritten Haltebereich (61) ist der Adapter (53) in die Werkstückaufnahme (18) einspannbar.

Description

Werkzeugmaschine und Verfahren zur Bearbeitung eines Werkstük- kes, das mittels eines Adapters eingespannt wird

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Werkzeugmaschine mit einer um eine Drehachse drehbaren Werkstückaufnahme zum Einspannen von zu bearbeitenden Werkstücken sowie einer um eine Spindelachse drehbaren Werkzeugspindel, in die Werkzeuge zur Bearbeitung der Werkstücke einspannbar sind, wobei vorzugsweise Werkzeugspindel und Werkstückaufnahme für eine 5-Seiten- Bearbeitung der Werkstücke relativ zueinander verschwenkbar sind, sowie einer Vorrichtung zur Entnahme des in der Werkstückaufnahme bearbeiteten Werkstückes. Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Bearbeiten eines Werkstückes, das auf der oben genannten Werkzeugmaschine durchgeführt wird.

Eine derartige Werkzeugmaschine sowie ein auf ihr durchzuführendes Bearbeitungsverfahren ist aus der EP 0 368 996 Bl bekannt.

Die bekannte Werkzeugmaschine ist eine Fahrständermaschine , auf deren Maschinenbett eine Werkstückaufnahme für Werkstückstangen angeordnet ist. Die Werkstückaufnahme ist mit einem Drehantrieb versehen, so daß eine Werkstückstange auf allen vier Längsseiten mittels eines in die Werkzeugspindel eingespannten Werkzeuges bearbeitet werden kann.

In Längsrichtung der Werkstückstange ist auf dem Maschinenbett eine Greif- und Schwenkeinheit vorgesehen, die auf einem eigenen Kreuzschlitten gelagert ist. Sobald die vier Längsseiten des Werkstückes fertig bearbeitet sind, fährt der Kreuzschlitten auf das Werkstück zu und spannt dieses in sein Backenfutter ein. Danach wird das Werkstück von der Werkstückstange abgetrennt und der Kreuzschlitten ein Stück zurückgefahren. Das Backenfutter wird jetzt um 180° nach oben geschwenkt, so daß die Schnittseite von oben mittels eines Fräswerkzeuges bearbeitet werden kann.

Eine Bearbeitung der der Trennseite gegenüberliegenden Stirnseite ist mit dieser Maschine nur begrenzt möglich. Um diesem Problem abzuhelfen, offenbart die DE 196 35 258 Cl eine vergleichbare Werkzeugmaschine, bei der die Werkstückaufnahme jedoch um eine quer zur Längsachse der Werkstückstangen verlaufende Achse schwenkbar ist. Auf diese Weise ist es möglich, die vier Längsseiten sowie die von der Werkstückaufnahme abgelegene Stirnseite des Werkstückes zu bearbeiten.

Nachdem diese fünf Seiten bearbeitet wurden, wird mittels einer in die Werkzeugspindel einspannbaren Kreissäge das Werkstück bis auf einen Haltesteg von der restlichen Werkstückstange abgetrennt .

Daraufhin wird die Werkstückaufnahme wieder in ihre horizontale Lage verfahren, so daß die Greif- und Schwenkeinheit vorfahren und das Werkstück an der nun bearbeiteten Stirnseite ergreifen kann. Daraufhin wird das Werkstück vollständig abgetrennt, woraufhin die sechste Seite wie oben beschrieben bearbeitet werden kann.

Zwar ermöglicht die aus der DE 196 35 258 Cl bekannte Werkzeugmaschine die Bearbeitung von sechs Seiten eines Werkstückes, es sind jedoch sehr viele Zwischenschritte erforderlich, was zum einen dazu führt, daß die Werkstückbearbeitung sehr zeitaufwendig ist. Ein weiterer Nachteil besteht darin, daß durch die Übergabe des Werkstückes in ein genormtes Spannfutter Genauigkeitsprobleme auftreten.

Ein weiterer Nachteil bei den beiden insoweit beschriebenen Werkzeugmaschinen besteht darin, daß sie konstruktiv sehr aufwendig sein müssen, denn es sind zwei exakt einstellbare Schwenkvorrichtungen vorzusehen, von denen die erste eine Bear- beitung der fünften Seite und die zweite eine Bearbeitung der sechsten Seite ermöglicht.

Eine weitere Werkzeugmaschine ist in der EP 0 949 029 AI beschrieben, bei der ein zu bearbeitendes Werkstück in eine Werkstückaufnahme eingespannt wird, über die das Werkstück um eine horizontal verlaufende Drehachse verdrehbar ist. Ferner ist ein an dem Maschinengestell verfahrbar und schwenkbar gelagerter Spindelkopf vorgesehen, in dem drehbar eine Werkzeugspindel zur Aufnahme von Bearbeitungswerkzeugen gelagert ist. Aufgrund der relativen Verschwenkbarkeit zwischen Werkzeugspindel und Drehachse kann der aus der Werkstückaufnahme herausragende Bereich des Werkstückes an fünf Seiten bearbeitet werden, wie dies auch bei der oben beschriebenen Werkzeugmaschine der Fall ist, wo jedoch nicht der Spindelkopf, sondern die Werkstückaufnahme schwenkbar gelagert ist.

Nach der Bearbeitung der fünf Seiten wird in die Werkzeugspindel ein Werkstückgreifer eingespannt, der das insoweit bearbeitete Werkstück aus der Werkstückaufnahme entnimmt, um 180° dreht und wieder in die Werkstückaufnahme einsetzt. Auf diese Weise zeigt das bisher unbearbeitete Ende des Werkstückes aus der Werkstückaufnahme heraus und kann in oben beschriebener Weise bearbeitet werden.

Bei dieser Werkzeugmaschine ist von Nachteil, daß das zumindest teilweise bearbeitete Werkstück mit seiner Außenkontur in die Werkstückaufnahme eingespannt werden muß, was zu ähnlichen Un- genauigkeiten führt, wie die oben bereits beschriebene Übergabe eines bearbeiteten Werkstückes an eine gesonderte Schwenkeinheit. Weil auch hier ein lagegenaues Wiedereinspannen des umgedrehten Werkstückes nicht möglich ist, ist die Genauigkeit zwischen der Bearbeitung der ersten fünf sowie der Bearbeitung der sechsten Seite häufig nicht zufriedenstellend.

Mit der bekannten Werkzeugmaschine lassen sich auch Werkstück- Stangen bearbeiten, eine Bearbeitung der sechsten Seite des von der Werkstückstange abgetrennten Werkstückes wird jedoch nicht erwähnt .

Vor diesem Hintergrund ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die eingangs erwähnte Werkzeugmaschine sowie das eingangs erwähnte Verfahren derart weiterzubilden, daß die Bearbeitungsgeschwindigkeit und -genauigkeit auf konstruktiv einfache Weise erhöht werden.

Bei der eingangs erwähnten Werkzeugmaschine wird diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Vorrichtung zur Entnahme des Werkstückes einen vorzugsweise in die Werkzeugspindel einwechselbaren Greifer umfaßt, in den ein Adapter einsetzbar ist, der einen ersten Haltebereich, über den er in den Greifer einsetzbar ist, einen zweiten Haltebereich, in den ein Werkstück mit zumindest teilweise bearbeiteter Außenkontur einspannbar ist, und einen dritten Haltebereich aufweist, über den er in die Werkstückaufnahme einspannbar ist.

In entsprechender Weise weist das Verfahren zum Bearbeiten eines Werkstückes die Schritte auf: Einspannen des Werkstückes in eine um eine Drehachse drehbare Werkstückaufnahme,

Bearbeiten des Werkstückes mit zumindest einem in eine um eine Spindelachse drehbare Werkzeugspindel eingespannten Werkzeug, wobei vorzugsweise eine Bearbeitung des Werkstückes an fünf Seiten durch ein relatives Verschwenken zwischen Drehachse und Spindelachse erfolgt,

Ergreifen des insoweit bearbeiteten Werkstückes mittels eines Adapters, der in einen vorzugsweise in die Werkzeugspindel eingespannten Greifer eingesetzt und vorzugsweise von diesem betätigt wird,

Entnehmen des Werkstückes aus der Werkstückaufnahme,

Drehen des Werkstückes mittels des Greifers um 180°, so daß sein noch unbearbeitetes Ende von der Werkstückaufnahme weg weist,

Einsetzen und Einspannen des das Werkstück haltenden Adapters in die Werkstückaufnahme, und

Bearbeiten des aus dem Adapter herausragenden unbearbeiteten Endes des Werkstückes.

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird auf diese Weise vollkommen gelöst. Die Erfinder der vorliegenden Anmeldung haben nämlich erkannt, daß es möglich ist, mittels eines Adapters ein an seiner Außenkontur bereits zumindest teilweise bearbeitetes Werkstück aufzunehmen, wobei der Adapter zur Entnahme des Werkstückes aus der Werkstückaufnahme von einem Greifer gehalten wird. Nach dem Drehen des Werkstückes um 180° um eine Hochachse wird das Werkstück jetzt mit seinem bearbeiteten Ende zuvorderst wieder in die Werkstückaufnahme eingeführt, dort jedoch nicht an seiner bereits bearbeiteten Außenkontur sondern mittels des Adapters eingespannt. Mit anderen Worten, die Werkzeugaufnahme spannt nicht unmittelbar das Werkstück sondern vielmehr den Adapter an dessen drittem Haltebereich ein, der wiederum an seinem zweiten Haltebereich das bearbeitete Werkstück an dessen Außenkontur hält.

Auf diese Weise ist zum einen eine sehr lagegenaue und auch schnelle Umspannung des bereits teilweise bearbeiteten Werkstückes möglich, wobei durch die Anpassung des zweiten Haltebereiches des Adapters an die Außenkontur des Werkstückes auch verhindert wird, daß das Werkstück durch das Umspannen beschädigt wird.

Ein weiterer großer Vorteil der Erfindung ist darin zu sehen, daß im Arbeitsraum der Werkzeugmaschine nicht zwingend ein Manipulator erforderlich ist, es kann in vorteilhafter Weise auch ein Greifer verwendet werden, der in die Werkzeugspindel eingewechselt wird und seinerseits den Adapter hält, über den er das bearbeitete Werkstück ergreift. Ein weiterer Vorteil der Erfindung liegt darin, daß nur eine Schwenkvorrichtung erforderlich ist, die für das relative Verschwenken zwischen Spindelachse und Drehachse der Werkzeugaufnahme sorgt. Diese Maßnahme ist somit auch konstruktiv von Vorteil, es müssen nicht an zwei Stellen im Arbeitsbereich die vollen Funktionen der Schwenkeinheit vorgesehen sein.

Vor diesem Hintergrund betrifft die Erfindung ferner einen Adapter zum Einspannen eines Werkstückes mit zumindest teilweise bearbeiteter Außenkontur, mit einem ersten Haltebereich, über den er in einen Greifer einsetzbar ist, der vorzugsweise in eine Werkzeugspindel einer Werkzeugmaschine einwechselbar ist, einem zweiten Haltebereich, in den das Werkstück einspannbar ist, und einem dritten Haltebereich, über den er in eine drehbar gelagerte Werkstückaufnahme der Werkzeugmaschine einspannbar ist.

Dieser Adapter bietet die bereits oben erwähnten Vorteile.

In einer Weiterbildung ist der zweite Haltebereich kinematisch derart mit dem ersten und dritten Haltebereich gekoppelt, daß ein Einspannen des Adapters am ersten oder dritten Haltebereich zu einem Einspannen eines aufgenommenen Werkstückes führt, wobei der Adapter vorzugsweise eine Segmenthülse ist, deren Innenkontur als zweiter Haltebereich an das einzuspannende Werkstück angepaßt ist, und an deren Außenkontur der erste Haltebereich und der dritte Haltebereich ausgebildet sind, wobei weiter vorzugsweise die Segmenthülse im ersten Haltebereich einen anderen, vorzugsweise kleineren Außendurchmesser aufweist als im zweiten Haltebereich.

Bei dieser Maßnahme ist von Vorteil, daß durch das Einspannen des Adapters selbst, sei es in den Greifer oder in die Werkstückaufnahme, auch die Kraft zum Halten des Werkstückes in dem Adapter aufgebracht wird. Durch die gestuften Außendurchmesser des Adapters kann dabei ein lagegenaues Einsetzen des Adapters in den Greifer bzw. die Werkstückaufnahme erfolgen.

Dabei ist es bevorzugt, wenn die Segmenthülse längliche, im Querschnitt kreissegmentartige Stege umfaßt, die in Umfangs- richtung der Segmenthülse durch elastische Glieder zueinander beabstandet und miteinander verbunden sind.

Diese Maßnahme ist konstruktiv von Vorteil, die Stege der Segmenthülse bewegen sich nämlich radial nach innen auf ein eingeführtes Werkstück zu, wenn von außen durch den Greifer oder die Werkstückaufnahme Kraft auf die Stege ausgeübt wird. Auf diese Weise legen sich die Stege umfänglich gleichmäßig an das Werkstück an, so daß dieses einerseits sehr schnell und fest eingespannt werden kann, andererseits aber eine Beschädigung der bereits erstellten Außenkontur vermieden wird, wie es bspw. dann geschehen könnte, wenn Greiferbacken das Werkstück an ausgewählten Stellen ergreifen würden.

Wenn bei dem neuen Verfahren das Werkstück von einer in die Werkstückaufnahme eingespannten Werkstückstange abgetrennt wird, ist es bevorzugt, wenn das Werkstück mit einem vorzugsweise in die Werkzeugspindel eingespannten Werkzeug bis auf einen Haltesteg von der Werkstückstange abgetrennt wird, bevor es von dem Adapter ergriffen wird, und nach dem Ergreifen die Werkstückaufnahme um die Drehachse verdreht wird, bis der Haltesteg bricht.

Auf diese einfache Weise wird das Werkstück von der Werkstückstange "abgeknackt", nachdem es zuvor bis auf den Haltesteg ab- getrennt wurde. Diese Maßnahme ist insbesondere konstruktiv von Vorteil, denn es sind keine zusätzlichen Trennwerkzeuge oder sonstige Antriebe im Arbeitsraum erforderlich, um das Werkstück von der Werkstückstange abzutrennen und es dennoch gleichzeitig zu halten. Zunächst wird nämlich ein Trennwerkzeug in die Werkzeugspindel eingewechselt, mit dem dann das Werkstück bis auf den Haltesteg von der Werkstückstange abgetrennt wird. Daraufhin wird das Trennwerkzeug aus der Werkzeugspindel aus- und ein den Adapter tragender Greifer in die Werkzeugspindel eingewechselt, um dann den Adapter über das bereits teilweise bearbeitete Werkstück zu schieben. Der Greifer schließt dann den Adapter fest um das Werkstück, so daß dieses unverdrehbar gehalten werden kann. Danach dreht der Drehantrieb der Werkstückaufnahme die Werkstückstange um die Drehachse, was schließlich zu dem Abknacken des Werkstückes führt.

Der konstruktive Vorteil dieser Verfahrensschritte liegt also darin, daß ohne zusätzliche Komponenten im Arbeitsraum das Werkstück von der Werkstückstange abgetrennt und danach um 180° gedreht in die Werkstückaufnahme eingesetzt werden kann. Auf diese Weise ist auch eine Sechsseitenbearbeitung von Werkstük- ken möglich, die aus einer Werkstückstange gefertigt werden.

Bei diesen Verfahrensschritten wird nach Erkenntnis der Erfinder der vorliegenden Anmeldung das bereits bearbeitete Werkstück an seiner Außenkontur auch nicht beschädigt, denn durch den Adapter wird eine vollflächige, an die Außenkontur angepaßte Einspannung des Werkstückes erreicht. Es hat sich auch herausgestellt, daß die Spannkraft, die über den Greifer aufbringbar ist, völlig ausreicht, um das Werkstück bei diesem Abdrehen von der Werkstückstange drehfest zu halten. In einer Weiterbildung ist es bevorzugt, wenn beim Einspannen des Adapters in die Werkstückaufnahme die Werkstückstange durch das von dem Adapter gehaltene Werkstück in der Werkstückaufnahme zurückgeschoben wird.

Bei dieser Maßnahme ist von Vorteil, daß keine zusätzliche Mechanik erforderlich ist, um die Werkstückstange aus dem Bereich der Werkstückaufnahme herauszubewegen, wo jetzt das bereits bearbeitete Werkstück mit seinem bearbeiteten Ende zuvorderst plaziert werden soll. Selbstverständlich muß durch geeignete Haken oder ähnliches dafür gesorgt werden, daß die Werkstückstange nicht vollständig aus der Werkstückaufnahme herausfallen kann, insbesondere wenn diese zur Bearbeitung der sechsten Seite verschwenkt wird.

Weiter ist es bevorzugt, wenn die Werkstückaufnahme ein Spannfutter mit einer ersten und einer zweiten Spannstelle aufweist, wobei ein eingesetztes Werkstück von der ersten Spannstelle und ein eingesetzter Adapter von der zweiten Spannstelle gehalten wird, die vorzugsweise konzentrisch zu der ersten Spannstelle angeordnet ist und weiter vorzugsweise einen größeren Außendurchmesser aufweist und weiter außen liegt als die erste Spannstelle sowie als Ringraum ausgebildet ist.

Bei dieser Maßnahme ist von Vorteil, daß an der Werkzeugaufnahme lediglich ein Spannfutter vorgesehen werden muß, für das auch nur eine Betätigungseinheit erforderlich ist. Ist eine Werkstückstange in die Werkstückaufnahme eingeschoben, so ergreift das Spannfutter mit der ersten Spannstelle diese Werkstückstange, die dann nach außen auch über die zweite Spannstelle hinausragt. Obwohl dadurch die freie Länge des Werkstük- kes größer ist als bei Spannfuttern mit nur einer Spannstelle, hat sich überraschenderweise doch herausgestellt, daß dies nicht zu stärkeren Vibrationen führt, die die Bearbeitungsgenauigkeit beeinträchtigten könnten. Nach der Entnahme des Werkstückes mittels des Adapters kann der Adapter jetzt mit seinem dritten Haltebereich in die zweite Spannstelle eingesetzt werden. Wenn nur ein einziges Werkstück bearbeitet wird, also nicht "von der Stange gefertigt wird", so stört beim Schließen des Spannfutters die erste Spannstelle nicht, die zweite Spannstelle ergreift den Adapter und hält über diesen auch das bereits teilweise bearbeitete Werkstück.

Wenn dagegen das Werkstück zuvor von einer Werkstückstange abgetrennt wurde, so wird beim Einschieben des Werkstückes mit dem bearbeiteten Ende zuvorderst die Werkstückstange aus dem Bereich der ersten Spannstelle herausgeschoben, so daß beim Schließen des Spannfutters keine statische Überbestimmung dadurch eintritt, daß die Werkstückstange noch im Bereich der ersten Spannstelle verbleibt.

Andererseits ist es bevorzugt, wenn das Spannfutter zum Einspannen des Werkstückes in die erste Spannstelle einen größeren Hub benötigt als zum Einspannen des Adapters in die zweite Spannstelle .

Bei dieser Maßnahme ist von Vorteil, daß auch bei sehr kurzen bearbeiteten Werkstücken, über die die Werkstückstange nicht aus dem Bereich der ersten Spannstelle hinausgeschoben werden könnte, keine statische Überbestimmung eintritt. Bevor die erste Spannstelle die Werkstückstange spannen kann, ist der Hub zum Einspannen des Adapters in die zweite Spannstelle bereits beendet.

Weiter ist es bevorzugt, wenn eine Spülvorrichtung vorgesehen ist, um die zweite Spannstelle, die vorzugsweise einen Ringraum um das eingespannte Werkstück bildet, mit einem Spülstrahl zu spülen.

Bei dieser Maßnahme ist von Vorteil, daß die zweite Spannstelle, also der Ringraum um das zumindest teilweise bearbeitete Werkstück herum, von Kühl-Schmiermittel sowie Spänen befreit wird, die bei der Bearbeitung des von der ersten Spannstelle durch die zweite Spannstelle hindurch nach außen ragenden Werkstückes dort hingelangen. Wenn dieser Ringraum vor der Entnahme des Werkstückes gereinigt wird, ergeben sich keine Einspannun- genauigkeiten durch im Ringraum verbleibende Späne etc., wenn das um 180° gedrehte Werkstück mittels des Adapters dort wieder eingespannt wird. Diese einfache Maßnahme sorgt also ebenfalls für eine Erhöhung der Bearbeitungsgenauigkeit.

Dabei ist es besonders bevorzugt, wenn die Spülvorrichtung an dem Greifer angeordnet ist.

Diese Maßnahme ist nicht nur konstruktiv von Vorteil, sie erhöht auch noch einmal die Bearbeitungsgeschwindigkeit. Zum einen ist es nicht erforderlich, einen gesonderten Handlingapparat für die Spülvorrichtung vorzusehen, der immer dann in den Bereich der Werkstückaufnahme gefahren wird, wenn der Ringraum ausgespült werden soll. Zum anderen kann das Ausspülen zeitgleich mit dem "Abknacken" des Werkstückes von der Werkstückstange erfolgen, wenn nämlich die Werkstückaufnahme relativ zu dem von dem Adapter gehaltenen Werkstück verdreht wird. Dies bedeutet auch, daß die Spülvorrichtung relativ einfach aufgebaut sein kann, es ist z.B. lediglich erforderlich, an dem Greifer eine Sprühdüse vorzusehen, die einen Spülstrahl abgibt, der in einem begrenzten Bereich in den Ringraum eindringt. Wenn jetzt die Werkstückaufnahme und damit das Spannfutter und der Ringraum um die Drehachse der Werkstückstange gedreht werden, um das Werkstück von der Werkstückstange abzubrechen, läuft der Ringraum sozusagen vollständig an dem Spülstrahl vorbei, wodurch eine gründliche Säuberung des Ringraumes auf konstruktiv sehr einfache Weise erreicht wird. Die Bearbeitungsgeschwindigkeit wird bei dieser Maßnahme dadurch erhöht, daß das Spülen zeitgleich mit dem Abbrechen des Werkstückes erfolgen kann.

Diese Maßnahme kann aber auch dann eingesetzt werden, wenn das Werkstück nicht von der Stange gefertigt wird, dann ist nach dem Aufschieben des Adapters auf das Werkstück lediglich vor dem Einspannen des Werkstückes erforderlich, daß die Werkstückaufnahme einige Umdrehungen durchführt, während derer der Spülstrahl den Ringraum reinigt.

Auf die Ausbildung der Werkstückaufnahme mit einem Ringraum als zweiter Spannstelle kann jedoch auch verzichtet werden, wenn der Adapter mit einer hinreichend dünnen Wandung ausgelegt wird. Dann ist es möglich, daß die erste Spannstelle und die zweite Spannstelle den gleichen Durchmesser aufweisen, so daß also die zweite Spannstelle sozusagen den vorderen Teil der ersten Spannstelle einnimmt. Der Adapter weist dann an seinem dritten Haltebereich einen Außendurchmesser auf, der in etwa dem Bereich der zu bearbeitenden Werkstückstange entspricht. Das in dem Adapter aufzunehmende, bis auf die sechste Seite fertig bearbeitete Werkstück kann dann einen maximalen Außendurchmesser aufweisen, der um die doppelte Wandstärke des Adapters geringer ist als der Innendurchmesser der Werkstückaufnahme im Bereich der ersten bzw. zweiten Spannstelle.

Versuche bei der Anmelderin haben nun ergeben, daß die Wandstärke des Adapters sehr gering sein kann, bspw. nur etwa 4 mm betragen muß, ohne daß die Funktion, also die Haltekraft sowie die Positioniergenauigkeit nachteilig beeinflußt werden. Da zudem in vielen Fällen die Werkstückstange nicht den maximalen Innendurchmesser der Werkstückaufnahme ausfüllt, der Adapter also einen größeren Außendurchmesser aufweisen kann als die aktuell bearbeitete Werkstückstange, kann in den meisten praktisch relevanten Fällen darauf verzichtet werden, die Werkzeugaufnahme mit einem gestuften Innendurchmesser zu versehen. Unter Umständen ist es lediglich erforderlich, den Adapter an der zweiten Spannstelle mit einem geringeren Hub zu spannen als die Werkstückstange an der ersten Spannstelle.

Weitere Vorteile ergeben sich aus der Beschreibung und der beigefügten Zeichnung.

Es versteht sich, daß die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in den jeweils angegebenen Kombinationen, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen: Fig. 1 in einer schematischen Seitenansicht eine Werkzeugmaschine zur Bearbeitung von Werkstückstangen in einer ersten Stellung;

Fig. 2 die Werkzeugmaschine aus Fig. 1 in einer zweiten Stellung des Werkstückes;

Fig. 3 in einer ausschnittsweisen Vergrößerung die Werkstückaufnahme der Werkzeugmaschine aus Fig. 1 mit teilweise fertiggestelltem Werkstück;

Fig. 4 einen Greifer zum Ergreifen des Werkstückes aus Fig. 3;

Fig. 5 den Greifer aus Fig. 4 mit aufgenommenem Adapter, der zur Aufnahme des Werkstückes aus Fig. 3 dient;

Fig. 6 eine Darstellung wie Fig. 3, jedoch mit über das Werkstück geschobenem Adapter;

Fig. 7 eine Darstellung wie Fig. 6, jedoch mit um eine Hochachse gedrehtem Adapter, der jetzt in die Werkzeugaufnahme eingespannt ist;

Fig. 8 eine Darstellung wie Fig. 7, jedoch ohne Greifer; und

Fig. 9 eine Darstellung wie Fig. 8, jedoch mit einer Werkstückaufnahme ohne Ringraum und einem Adapter mit geringer Wandstärke. In Fig. 1 ist mit 10 eine lediglich schematisch und im Ausschnitt gezeigte Werkzeugmaschine bezeichnet, die einen Fahrständer 11 umfaßt, an dem höhenverstellbar ein Spindelkopf 12 angeordnet ist. In dem Spindelkopf 12 ist um eine Spindelachse 14 angetrieben eine Werkzeugspindel 15 gelagert, die in üblicher Weise an ihrem unteren Ende ein Werkzeug 16 zur Bearbeitung eines bei 17 angedeuteten Werkstückes trägt.

Das Werkstück 17 ist in eine bei 18 angedeutete Werkstückaufnahme eingespannt, die über einen Drehantrieb 19 um eine bei 21 angedeutete Achse derart drehbar ist, daß das Werkstück 17 an seinen vier Längsseiten bearbeitet werden kann.

Es sei noch erwähnt, daß das Werkstück 17 entweder ein einzelnes Werkstück sein kann, oder aber von einer bei 22 angedeuteten Werkstückstange gefertigt wird.

In Fig. 1 ist ferner noch eine Rutsche 23 gezeigt, über die ein fertig gestelltes Werkstück aus dem Arbeitsbereich der Werkzeugmaschine 10 entfernt werden kann.

Während in Fig. 1 die Spindelachse 14 und die Drehachse 21 normal zueinander verlaufen, so daß die Längsseiten des Werkstük- kes 17 bearbeitet werden können, ist die Werkstückaufnahme 18 zusammen mit dem Drehantrieb 19 in Fig. 2 mittels eines Schwenkhalters 24 aus der Horizontalen herausgeschwenkt. In dieser Stellung schneiden sich Spindelachse 14 und Drehachse 21 unter einem stumpfen Winkel, wobei der Schwenkhalter 24 soweit verschwenkt werden kann, daß Spindelachse 14 und Drehachse 21 parallel zueinander verlaufen. In der in Fig. 2 gezeigten Stellung kann das von der Werkzeugaufnahme 18 abgelegene Ende, also das äußere freie Enda des Werkstückes 17 mit dem Werkzeug 16 bearbeitet werden.

Sobald das Werkstück 17 an den fünf freien Seiten bearbeitet wurde, wird es mittels eines Werkzeuges 16 von der Werkstückstange 22 abgetrennt, was jetzt anhand von Fig. 3 erläutert werden soll.

In Fig. 3 ist zunächst zu erkennen, daß die Werkstückaufnahme 18 ein Spannfutter 26 umfaßt, das eine erste Spannstelle 27 für die Werkstückstange 22 sowie eine zweite Spannstelle 28 mit einem bei 31 angedeuteten Innendurchmesser aufweist, der größer ist als ein bei 32 angedeuteter Innendurchmesser der ersten Spannstelle 27.

Das Spannfutter 26 weist in üblicher Weise mehrere Spannbacken auf, von denen eine bei 33 in Seitenansicht gezeigt ist. In Fig. 3 ist ferner zu erkennen, daß die zweite Spannstelle 28 um die eingespannte Werkstückstange 22 herum einen Ringraum 34 bildet, indem sich bei der Bearbeitung des Werkstückes 17 Späne und Kühl-/Schmiermittel ansammeln können.

Das Werkstück 17 in Fig. 3 ist an allen fünf Seiten bearbeitet, sein bearbeitetes Ende 35 zeigt in Fig. 3 nach 6, während es an seinem unbearbeiteten Ende 36 über einen dünnen Haltesteg 37 noch mit der Werkstückstange 22 verbunden ist. Der Haltesteg 37 wurde beim Abtrennen des Werkstückes 16 von der Werkstückstange 22 mittels eines geeigneten Werkzeuges stehengelassen, so daß das Werkstück 17, das an seiner Außenkontur 38 bereits vollständig bearbeitet wurde, noch mit der Werkstückstange 22 verbunden ist. Das Bearbeitungswerkzeug, mit dem der Trennvorgang unter Stehenlassen des Haltesteges 37 durchgeführt wurde, wird jetzt aus der Werkzeugspindel 15 ausgewechselt, woraufhin ein in Fig. 4 gezeigter Greifer 41 in die Werkzeugspindel 15 eingewechselt wird. Der Greifer 41 ist ein Werkstückgreifer, wie er bspw. in der WO 98/22246 beschrieben ist. Der bekannte Greifer dient zum Erfassen von dünnwandigen Werkstücken, die umfänglich vollständig erfaßt werden sollen.

Der Greifer 41 weist zunächst einen üblichen Werkzeughalter 42 mit Hohlschaftkegel 43 und Greifernut 44 auf, um mittels eines üblichen Werkzeugwechslers an der Werkzeugspindel 14 ausgewechselt werden zu können.

An den Werkzeughalter 42 schließt sich ein ringförmiges Halteteil 46 mit einer Durchgangsöffnung 47 zur Aufnahme des Werkstückes 17 an.

In der Durchgangsöffnung 47 ist eine zylindrische Spannfläche 48 vorgesehen, die z.B. durch ein Spannband ausgebildet sein kann.

In dem in Fig. 4 gezeigten Ausführungsbeispiel wird die Spannfläche 48 jedoch durch umfänglich verteilte Spannkörper 49 gebildet, die an einem "aufblasbaren" Spannring 51 aus Elastomer sitzen. Durch Einleiten von üblicherweise in der Werkzeugmaschine verwendetem Fluid in den Spannring 41 werden die Spannkörper 49 radial nach innen bewegt, wo sie z.B. ein Werkstück umfänglich gleichmäßig einspannen können, wie dies in der WO 98/22246 vorgeschlagen wird. Erfindungsgemäß wird jedoch das Werkstück 17 aus Fig. 3 nicht unmittelbar über den Greifer 41 erfaßt, sondern in den Greifer 41 wird zunächst ein Adapter 53 in Form einer Segmenthülse 54 eingesetzt, wie dies in Fig. 5 gezeigt ist. In Fig. 5 ist links der Greifer 41 mit eingesetztem Adapter 53 gezeigt, während rechts eine Draufsicht auf die Segmenthülse 54 zu sehen ist.

Die Segmenthülse 54 weist eine Innenkontur 55 auf, die an die Außenkontur 38 des Werkstückes 17 angepaßt ist, so daß das Werkstück 17 ohne Beschädigung in den Adapter 53 aufgenommen werden kann.

Die Segmenthülse 54 weist gemäß Fig. 5 vier längliche, im Querschnitt kreissegmentartige Stege auf, die in Umfangsrichtung 52 der Segmenthülse durch elastische Glieder 57 zueinander beabstandet und miteinander verbunden sind. Wenn von außen auf die Stege 56 Druck ausgeübt wird, bewegen diese sich gleichmäßig radial nach innen und aufeinander zu, wobei durch die elastischen Glieder 57 eine Rückstellkraft ausgeübt wird.

An der Segmenthülse 54 ist ein erster Haltebereich 58 ausgebildet, über den die Segmenthülse 54 von den Spannkörpern 49 ergriffen wird, die beim "Aufblasen" des Spannringes 51 die Stege 56 von außen mit Druck beaufschlagen, was zu dem bereits erwähnten Ausweichen der Stege 56 nach innen führt.

Im Bereich der Innenkontur 55 ist die Segmenthülse 54 mit einem zweiten Haltebereich 59 versehen, über den die Segmenthülse 54 das Werkstück 17 ergreift, wenn dieses entsprechend eingeführt und Druck auf den Spannring 51 ausgeübt wurde. Neben dem an seiner Außenkontur 60 vorgesehenen ersten Haltebereich 58 weist die Segmenthülse 54 noch einen dritten Haltebereich 61 auf, über den sie in den in Fig. 3 gezeigten Ringraum 34 einsetzbar ist, wo sie mittels der zweiten Spannstelle 28 eingespannt werden kann.

Zuvor muß jedoch der mit dem Adapter 53 versehene Greifer 41 über das Werkstück 17 gefahren werden, wie dies in Fig. 6 gezeigt ist. In Fig. 6 ist ferner zu erkennen, daß der Spannring 51 soweit aufgeblasen wurde, daß die Spannkörper 49 in Anlage mit dem ersten Haltebereich 58 der Segmenthülse 54 gelangt sind.

Es sei noch erwähnt, daß der dritte Haltebereich 61 einen bei 62 angedeuteten Außendurchmesser aufweist, der größer ist als ein bei 63 angedeuteter Außendurchmesser des ersten Haltebereiches 58. Durch diese abgestufte Außenkontur kann der Adapter 53 lagerichtig in den Greifer 41 eingespannt werden.

Nachdem der Greifer 51 die Segmenthülse 54 über das Werkstück 17 gefahren und entsprechend verspannt hat, wird die Werkstückaufnahme 18 jetzt um die Drehachse 21 verdreht, was dazu führt, daß der Haltesteg 37 abgeknackt wird und das Werkstück 17 von der Werkstückstange 22 frei kommt.

An dem Greifer 41 ist noch eine Spülvorrichtung 65 in Form einer Düse vorgesehen, die in den Ringraum 34 einen Spülstrahl 66 abgibt, um dort befindliche Späne und Schmier-/Kühlmittel wegzuspülen. Weil während des Abknackens des Werkstückes 17 von der Werkstückstange 22 die Werkstückaufnahme 18 verdreht wird, ist lediglich eine Spülvorrichtung 65 erforderlich, beim Drehen der Werkstückaufnah a Iß um ihre Drehachse 21 läuft sozusagen der gesamte Ringraum 34 an dem Spülstrahl 66 vorbei. Auf diese Weise wird die zweite Spannstelle 28 soweit gereinigt, daß jetzt die Segmenthülse 54 mit ihrem dritten Haltebereich 61 dort eingesetzt werden kann. Diese Situation ist in Fig. 7 dargestellt. Als Spülstrahl 66 kann dabei das zur Betätigung der Segmenthülse 54 verwendete Fluid eingesetzt werden.

Die zweite Spannstelle 28 übt jetzt von außen einen Druck auf die Segmenthülse 54 aus, was dazu führt, daß das Werkstück 17 jetzt drehfest in der Werkzeugaufnahme 18 gehalten wird. Beim Einschieben des Werkstückes 17 mit dessen bearbeitetem Ende 35 zuvorderst wurde die Werkstückstange 22 in Fig. 7 so weit nach links geschoben, daß beim erneuten Spannen der zuvor natürlich geöffneten Werkstückaufnahme 18 die Spannbacken 33 lediglich an der zweiten Spannstelle 28 die Segmenthülse 54 ergreifen, die erste Spannstelle 27 kommt nicht zum Einsatz. Dies ist natürlich nur dann möglich, wenn das Werkstück 17 eine entsprechende Länge aufweist, um die Werkstückstange 22 aus dem Bereich der ersten Spannstelle 27 herauszuschieben. Sollte dies nicht der Fall sein, so kann die Werkstückstange 22 einerseits natürlich aktiv durch weiter vorgesehene Transportmittel zurückgezogen werden, was jedoch konstruktiv aufwendig und daher nicht bevorzugt ist.

Alternativ kann auch konstruktiv dafür gesorgt werden, daß das Spannfutter 26 einen geringeren Hub zum Einspannen der Segmenthülse 54 an der zweiten Spannstelle 28 durchführt, als es zum Einspannen der Werkstückstange 22 an der ersten Spannstelle 27 der Fall ist. Dieser Hub ist bei 68 angedeutet. Nachdem auf diese Weise über die Segmenthülse 54 das Werkstück 17 so in die Werkstückaufnahme 18 eingespannt wurde, daß das unbearbeitete Ende 36 nach außen vorsteht, wird der Spannring 51 entlüftet, so daß die Spannkörper 49 vom ersten Haltebereich 58 freikommen, der Greifer 51 kann von dem Werkstück 17 weggefahren werden, wie dies in Fig. 8 gezeigt ist. Jetzt kann ein neues Werkzeug in die Werkzeugspindel 15 eingespannt werden, um das unbearbeitete Ende 36, insbesondere den verbliebenen Haltesteg 37 zu bearbeiten. Über den Adapter 53 ist dabei das Werkstück 17 sicher in der Werkzeugaufnahme 18 gehalten, durch die Anpassung der Konturen wird jegliche Beschädigung des bereits fertig gestellten Bereiches des Werkstückes 17 vermieden.

In Fig. 9 ist in einer Darstellung wie Fig. 8 eine Werkstückaufnahme 18' gezeigt, die einen durchgehend konstanten Innendurchmesser 32 aufweist. Auf diese Weise ist die zweite Spannstelle sozusagen Teil der ersten Spannstelle.

In die Werkstückaufnahme 18' ist ein Adapter 53' eingesetzt, der wiederum ein Werkstück 17 trägt. Im Gegensatz zu dem Adapter 53 aus bspw. Fig. 8 hat der Adapter 53' eine deutlich geringere Wandstärke, die im Bereich des ersten Haltebereiches 58 bspw. bei 4 mm liegen kann. Selbstverständlich ist es nicht zwingend erforderlich, daß der dritte Haltebereich 61 einen größeren Außendurchmesser aufweist als der erste Haltebereich 58, so daß der Adapter 53' eine durchgehende Wandstärke von bspw. 4 mm aufweisen kann.

Der Außendurchmesser des Adapters 53' entspricht somit in etwa dem Innendurchmesser 32 der ersten und zweiten Spannstelle. Dies bedeutet, daß das Werkstück 17 einen maximalen Außendurch- messer aufweisen kann, der um die doppelte Wandstärke des Adapters 53 geringer ist als der Innendurchmesser 32.

Trotz der geringen Wandstärke ist der Adapter 53' funktional mit dem Adapter 53 bezüglich Haltekraft und Positioniergenauigkeit vergleichbar.

Claims

Patentansprüche

Werkzeugmaschine mit einer um eine Drehachse (21) drehbaren Werkstückaufnahme (18) zum Einspannen von zu bearbeitenden Werkstücken (17) sowie einer um eine Spindelachse (14) drehbaren Werkzeugspindel (15), in die Werkzeuge (16) zum Bearbeiten der Werkstücke (17) einspannbar sind, wobei vorzugsweise Werkzeugspindel (15) und Werkstückaufnahme (18) für eine 5-Seiten-Bearbeitung der Werkstücke (17) relativ zueinander verschwenkbar sind, sowie einer Vorrichtung zur Entnahme des in der Werkstückaufnahme (18) bearbeiteten Werkstückes (17),

dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung einen vorzugsweise in die Werkzeugspindel (15) einwechselbaren Greifer (41) umfaßt, in den ein Adapter (53) einsetzbar ist, der einen ersten Haltebereich (58), über den er in den Greifer (41) einsetzbar ist, einen zweiten Haltebereich (49), in den ein Werkstück (17) mit zumindest teilweise bearbeiteter Außenkontur (38) einspannbar ist, und einen dritten Haltebereich (61) aufweist, über den er in die Werkstückaufnahme (18) einspannbar ist.

Werkzeugmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Haltebereich (59) kinematisch derart mit dem ersten und dritten Haltebereich (58, 61) gekoppelt ist, daß ein Einspannen des Adapters (53) am ersten oder dritten Haltebereich (58, 61) zu einem Einspannen eines aufgenommenen Werkstückes (17) führt. Werkzeugmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Adapter (53) eine Segmenthülse (54) ist, deren Innenkontur (55) als zweiter Haltebereich (59) an das einzuspannende Werkstück (17) angepaßt ist, und an deren Außenkontur (60) der erste Haltebereich (58) und der dritte Haltebereich (61) ausgebildet sind.

Werkzeugmaschine nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Segmenthülse (54) im ersten Haltebereich (58) einen anderen, vorzugsweise kleineren Außendurchmesser (62, 63) aufweist als im dritten Haltebereich (61).

Werkzeugmaschine nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Segmenthülse (54) längliche, im Querschnitt kreissegmentartige Stege (56) umfaßt, die in Um- fangsrichtung der Segmenthülse (54) durch elastische Glieder (57) zueinander beabstandet und miteinander verbunden sind.

Werkzeugmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Werkstückaufnahme (18) ein Spannfutter (26) mit einer ersten Spannstelle (27) für das Werkstück (17) und einer dazu konzentrischen zweiten Spannstelle (28) für den Adapter (53) aufweist.

Werkzeugmaschine nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Spannstelle (28) als Ringraum (34) ausgebildet ist, der einen größeren Durchmesser (31) aufweist und weiter außen liegt als die erste Spannstelle (27).

8. Werkzeugmaschine nach Anspruch 6 oder Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Spannfutter (26) zum Einspannen des Werkstückes (17) in die erste Spannstelle (27) einen größeren Hub (68) benötigt als zum Einspannen des Adapters (53) in die zweite Spannstelle (28).

9. Werkzeugmaschine nach Anspruch 7 oder 8 , dadurch gekennzeichnet, daß eine Spülvorrichtung (65) vorgesehen ist, um den Ringraum (64) mit einem Spülstrahl (66) zu spülen.

10. Werkzeugmaschine nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Spülvorrichtung (65) an dem Greifer (41) angeordnet ist.

11. Adapter zum Einspannen eines Werkstückes (17) mit zumindest teilweise bearbeiteter Außenkontur (38), mit einem ersten Haltebereich (58), über den er in einen Greifer (41) einsetzbar ist, der vorzugsweise in eine Werkzeugspindel (15) einer Werkzeugmaschine (10) einwechselbar ist, einem zweiten Haltebereich (59), in den das Werkstück

(17) einspannbar ist, und einem dritten Haltebereich (61), über den er in eine drehbar gelagerte Werkstückaufnahme

(18) der Werkzeugmaschine (10) einspannbar ist.

12. Adapter nach Anspruch 11 mit den Merkmalen des Adapters nach einem der Ansprüche 2 bis 5.

13. Verfahren zum Bearbeiten eines Werkstückes (17), mit den Schritten: Einspannen des Werkstückes (17) in eine um eine Drehachse (21) drehbare Werkstückaufnahme (18),

Bearbeiten des Werkstückes (17) mit zumindest einem in eine um eine Spindelachse (14) drehbare Werkzeugspindel (15) eingespannten Werkzeug (16), wobei vorzugsweise eine Bearbeitung des Werkstückes (17) an fünf Seiten durch ein relatives Verschwenken zwischen Drehachse (21) und Spindelachse

(14) erfolgt,

Ergreifen des insoweit bearbeiteten Werkstückes (17) mittels eines Adapters (53), der in einen vorzugsweise in die Werkzeugspindel (15) eingespannten Greifer (41) eingesetzt und vorzugsweise von diesem betätigt wird,

Entnehmen des Werkstückes (17) aus der Werkstückaufnahme ( 18 ) ,

Drehen des Werkstückes (17) mittels des Greifers (41) um 180°, so daß sein noch unbearbeitetes Ende (36) von der Werkstückaufnahme (18) weg weist,

Einsetzen und Einspannen des das Werkstück (17) haltenden Adapters (53) in die Werkstückaufnahme (18), und

Bearbeiten des aus dem Adapter (53) herausragenden unbearbeiteten Endes (36) des Werkstückes (17).

4. Verfahren nach Anspruch 13, bei dem das Werkstück (17) von einer in die Werkstückaufnahme (18) eingespannten Werkstückstange (22) abgetrennt wird, gekennzeichnet durch die Schritte:

das Werkstück (17) wird mit einem vorzugsweise in die Werkzeugspindel (15) eingespannten Werkzeug (16) bis auf einen Haltesteg (37) von der Werkstückstange (22) abgetrennt, bevor es von dem Adapter (53) ergriffen wird, und

nach dem Ergreifen wird die Werkstückaufnahme (18) um die Drehachse (21) verdreht, bis der Haltesteg (37) bricht.

15. Verfahren nach Anspruch 13 oder Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß beim Einspannen des Adapters (53) in die Werkstückaufnahme (18) die Werkstückstange (22) durch das von dem Adapter (53) gehaltene Werkstück (17) in der Werkstückaufnahme (18) zurückgeschoben wird.

16. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Werkstückaufnahme (18) ein Spannfutter (26) mit einer ersten und einer zweiten Spannstelle (27, 28) aufweist, wobei ein eingesetztes Werkstück (17) von der ersten Spannstelle (27) und ein eingesetzter Adapter (53) von der zweiten Spannstelle (28) gehalten wird.

17. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß das Spannfutter (26) zum Einspannen des Werkstückes (17) in die erste Spannstelle (27) einen größeren Hub (68) durchführt als zum Einspannen des Adapters (53) in die zweite Spannstelle (28).

18. Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Spannstelle (28) an dem Spannfutter (26) einen Ringraum (34) um das Werkstück (17) ausbildet, und daß beim Verdrehen der Werkstückaufnahme (18) zum Brechen des Haltesteges (37) ein Spülstrahl (66) in den Ringraum (34) eingeleitet wird.

19. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß der Spülstrahl (66) von dem Greifer (41) ausgeht.

20. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß der Adapter (53) der Adapter (53) nach einem der Ansprüche 11 oder 12 ist.

21. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß es auf einer Werkzeugmaschine (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 10 durchgeführt wird.