CH631097A5 - Werkzeugmaschine. - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Werkzeugmaschine mit einer von einem Elektromotor angetriebenen Antriebsspindel und einer Werkzeugwechselvorrichtung, die Werkzeugträger in eine zur Antriebsspindel fluchtende Stellung bringen kann, wobei die aufeinander zugerichteten Enden der Werkzeugträger und der Antriebsspindel Kupplungsteile tragen und zur Kupplung Verschiebeelemente vorgesehen sind. Bei einer bekannten als automatisch arbeitende Revolverbohrmaschine ausgebildeten Werkzeugmaschine dieser Art bestehen die Werkzeugträger aus Bohrspindeln, die eine Arbeitsspindel und ein eigenes Getriebe aufweisen. Die Antriebsspindel wird von einem Drehstrommotor angetrieben, sie wird unmittelbar mit der jeweiligen Bohrspindel gekuppelt. Die Drehzahl des Werkzeuges ist in jedem einzelnen Falle durch die Übersetzung des Getriebes in der Bohrspindel festgelegt. Für einen grossen Drehzahlbereich bedarf es daher vieler Bohrspindeln mit Getrieben entsprechender Übersetzungen. Bei hohen Übersetzungen sind die Getriebe aufwendig, es ergeben sich Probleme mit der Baugrösse und der Drehmomentabgabe. Zur Bestimmung des Vorschubs nach Länge und Geschwindigkeit sind für jede Bohrspindel eigene, auf das Werkzeug abgestimmte Signalelemente in Form von Nocken, Festanschlägen, Endschalter, Mengenregler u.dgl. vorgesehen. Bei einem Werkzeugwechsel muss in der Regel die ganze Bohrspindel gegen eine andere ausgetauscht werden, damit das Werkzeug über das entsprechende Getriebe die richtige Drehzahl und über die jeweiligen Einstellmittel den richtigen Vorschub erhält. Durch die Kupplung von Antriebsspindel und Bohrspindel wird das Werkzeug mit der notwendigen Drehzahl angetrieben, der Vorschub wird über die Kupplung durch das Verschiebeelement bewirkt. Dadurch muss ein erheblicher axialer Vorschubdruck von der Kupplung aufgenommen werden. Die Bohrspindeln werden von einem mechanischen Positioniergetriebe transportiert, sie sitzen in einem Malteserkreuz, das von einem besonderen Motor angetrieben wird. Es ist nur ein schrittweises Weiterschalten möglich. Die Positionierung ist schwierig, die An-steuerung ist aufwendig, das Leistungs-Drehzahlverhalten beschränkt, die Nebenzeiten sind gross, die Bauweise ist schwer und wegen der notwendigen Getriebe und Motoren von erheblichem Aufwand.

Unter Vermeidung dieser Nachteile liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Werkzeugmaschine zu schaffen, die mechanisch wesentlich vereinfacht ist und geringere Nebenzeiten aufweist.

Zur Lösung dieser Aufgabe sieht die Erfindung vor, dass der Elektromotor als läge- und geschwindigkeitsgeregelter Gleichstrommotor ausgebildet ist und dieser Motor in Zuordnung zum jeweiligen Werkzeugträger und der Vorschub der Werkzeugträger nach Weg und Geschwindigkeit einer programmierbaren Steuerung unterworfen sind. Der Gleichstrommotor ist vorzugsweise als Servomotor mit Permanentmagnetfeld ausgebildet. Solche Motoren haben z.B. bei kleinen Abmessungen und geringem Gewicht ein sehr hohes Drehmoment bei niedrigen Drehzahlen, und durch ein hohes Verhältnis von Drehmoment zu Trägheitsmoment ergibt sich eine hohe Beschleunigung und hohe Reaktionsfähigkeit. Der Servomotor als Vielpolmotor ist in der Regel z. B. über Thyristorverstärker angesteuert. Der eingesetzte Gleichstrommotor nach der Erfindung ist z.B. in bezug auf seine Baugrösse, Leistung, Drehmomentabgabe und den regelbaren Drehzahlbereich in bewusster Beschränkung auf den Einsatzzweck vorzugsweise klein ausgelegt, wie er bislang z.B. ausschliesslich für Vorschubantriebe, nicht aber für den Hauptantrieb bei solchen Werkzeugmaschinen verwen-lo det wurde. Der gewählte Motor ermöglicht z. B. die stufenlose Drehzahlregelung, und er ist preiswert und hat z.B. zerspanungsgerechte Leistungskurven. Insbesondere hat er z.B. eine hohe thermische Zeitkonstante, so dass eine hohe Überlastbarkeit ohne gefahrliche Erhitzung gegeben ist. Der i5 Gleichstrommotor kann bei 100% ED auf etwa die halbe maximale Leistung ausgelegt sein. Das maximale Impuls-Spitzendrehmoment kann das Zehnfache des Nenndrehmomentes erreichen.

Ist die Werkzeugmaschine z.B. als Revolverbohrma-20 schine ausgeführt, so kann vorgesehen sein, dass die Bohrspindeln gruppenweise Getriebe mit unterschiedlicher Übersetzung aufweisen. In besonders vorteilhafter Weise können die Bohrspindeln zwei Gruppen mit zweierlei Übersetzungen bilden. Dabei kann die Übersetzung bei der einen Gruppe 1 25 bis 1:1 und bei der zweiten Gruppe 1 bis 4:1 betragen.

Durch die Kombination mit den Getrieben der Bohrspindeln kann ein teures mehrstufiges Schaltgetriebe entfallen; das Drehmoment wird z.B. unmittelbar vom Motor über Riemen auf die Antriebsspindel und über die Kupplung auf die 30 Bohrspindel und das Werkzeug übertragen. Ein Getriebeschaden ist nicht zu erwarten, tritt er doch ein, so ist er mit dem Austausch der Bohrspindel sofort zu beheben. Beim Werkzeugwechsel muss in der Regel nicht mehr die ganze Bohrspindel, sondern lediglich das Werkzeug ausgetauscht 35 werden, so dass man mit wenigen Bohrspindeln auskommt. Insbesondere erübrigen sich z.B. auch Neueinstellungen von Festanschlägen, Nocken, Reglern und dergleichen für die Festlegung des Vorschubes nach Geschwindigkeit und Weg, so dass sich die Totzeiten der Maschine erheblich senken las-40 sen.

Der Gleichstrommotor hat zwar bei z.B. niedrigen Drehzahlen ein geringes Drehmoment. Es wird aber z.B. nur in einem Bereich gefahren, in dem die Drehmomentabgabe ausreicht. Die notwendige niedrige Drehzahl des Werk-45 zeuges kann in den unteren Bereichen durch die entsprechende Übersetzung des Getriebes der Bohrspindel herbeigeführt werden. Bei z.B. den angegebenen Übersetzungen der Getriebe der Bohrspindeln und einem Drehzahlbereich von z.B. 1:8 des regelbaren Gleichstrommotors können alle Drehzah-50 len am Werkzeug eingestellt werden, die in der Praxis erforderlich sind. In Ausnahmefällen kann aber der Drehzahlbereich in einfacher Weise vergrössert werden, indem Bohrspindeln eingesetzt werden, deren Getriebe schwächere oder stärkere Übersetzungen aufweisen. Damit können vielerlei ss Werkzeuge mit unterschiedlichem Drehzahlbedarf in den gleichen Bohrspindeln eingesetzt werden, so dass beim Werkzeugwechsel die Bohrspindel in der Regel im Magazintransportrad verbleibt.

In ganz besonders vorteilhafter Weise kann der Gleich-60 strommotor neben der Antriebsspindel auch die Werkzeugwechselvorrichtung antreiben, wozu eine Umschaltkupplung vorgesehen sein kann. Der Gleichstrommotor kann auch die Ausrichtung der Antriebsspindel und die Positionierung der Werkzeugwechselvorrichtung vornehmen.

65 Durch z. B. den Wegfall eines separaten Magazinantriebes ergibt sich eine erhebliche bauliche Vereinfachung, die Werkzeugträger lassen sich z. B. schneller ausrichten, so dass die unproduktiven Nebenzeiten reduziert werden. Das

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Umkuppeln erfolgt z. B. automatisch - bei der Ausbildung det sein. Vorzugsweise wird eine Drei- oder Mehr-Achsen-

als Bearbeitungszentrum - innerhalb der letzten 25 mm des NC-Steuerung eingesetzt, so dass die Numerik neben der

Spindelhubes. Steuerung der Gleichstrommotoren für den Antrieb der An-

Bei einer vorzugsweisen Ausführungsform kann die triebsspindel, der Werkzeugwechselvorrichtung und des Werkzeugwechselvorrichtung als Werkzeugspeicher ein Ma- s Vorschubes auch für die Steuerung der Bewegung des das gazintransportrad aufweisen, das z. B. in der Nähe des Um- Werkstück tragenden Tisches (X-Achse und Y-Achse) ver-fanges mit Durchgangsöffnungen für den Durchgang des wendbar ist und damit alle massgeblichen Tisch- und VorWerkzeugträgers bzw. der Antriebsspindel bei deren axialen Schubbewegungen sowie die Drehzahleinstellung am Werk-Verschiebung versehen ist, wobei das Magazintransportrad zeug und der Werkzeugwechsel über einen Datenträger, ins-z.B. über ein Getriebe mit dem Gleichstrommotor verbun- io besondere ein Lochband, steuerbar sind. Lange Umrüst-den ist. Eine Schaltvorrichtung kann vorgesehen sein, um ein zeiten in der Werkstatt werden durch eine kurze Program-Weiterschalten des Magazintransportrades nur zu ermögli- mierung im Technischen Büro ersetzt.

chen, wenn sich die Antriebsspindel in der Ausgangsposition Auch lcann in der Antriebsspindel ein Halteglied aufge-befindet. nommen sein, auf dessen herausragendes Ende der mit einer Ist die Werkzeugmaschine z. B. als Bearbeitungszentrum 15 im Querschnitt T-förmigen Nut versehene Werkzeugträger ausgebildet, so kann die Umschaltkupplung aus einer Keil- von der Seite her aufschiebbar und in Drehrichtung formwelle und einem Kupplungsrad mit entsprechenden Nuten schlüssig mitnehmbar ist, welches über einen Kraftspeicher, bestehen, in dem die Keilwelle axial verschiebbar geführt ist. z. B. ein Tellerfederpaket, den Werkzeugträger gegen die An-Vorzugsweise kann das Kupplungsrad als Zahnrad ausgebil- triebsspindel zieht, die auf ihren einander zugerichteten det sein, das mit einem drehschlüssig mit der Antriebsspindel 20 Stirnseiten zur Zentrierung einen konzentrischen Kurzkegel verbundenen Zahnrad kämmt. Die Keilwelle kann dreh- bzw. einen Zentrierkonus tragen kann.

schlüssig, aber axial verschiebbar in einem axial fixierten An- Ausfiihrungsbeispiele der Erfindung sind nachstehend triebsrad geführt sein, das mit dem Gleichstrommotor über anhand der Zeichnungen näher erläutert, dabei zeigen:

ein Antriebsmittel verbunden ist. Auf diese Weise ergibt sich Fig. 1 eine Ansicht einer als Revolverbohrmaschine aus-

z. B. ein überaus kompakter und einfacher Aufbau. Das 2s gebildeten Werkzeugmaschine von vorn

Kupplungsrad und das Zahnrad können in einem Gehäuse- Fig. 2 eine Ansicht der Maschine nach Fig. 1 von der block untergebracht sein, der über einen Vorschubantrieb Seite axial verschiebbar ist. Der Vorschubantrieb kann aus einer Fig. 3 einen Schnitt durch einen Teil des Kopfes der Maina Gehäuseblock fixierten Spindelmutter und einer Vor- schine im Bereich der in Arbeitsstellung befindlichen Bohrschubspindel eines besonderen Gleichstrom-Servomotors be- 30 spindel in einer ersten Ausführungsform,

stehen. Das Kupplungsrad und das Zahnrad kann im Ge- Fig. 4 einen Schnitt ähnlich wie in Fig. 3 im Bereich des häuseblock axial fixiert und die durch das Zahnrad und den Vorschubantriebes, ebenfalls in einer ersten Ausführungs-

Gehäuseblock dringende, im Gehäuseblock axial fixierte An- form,

triebsspindel zu einem Festanschlag hin fahrbar sein. Aus- Fig. 5 einen Teilschnitt im Bereich des Magazintrans-

serdem kann die Keilwelle ein Zahnrad tragen, das in Ab- 35 portrades in einer ersten Ausführungsform,

hängigkeit von der Stellung der Keilwelle in ein mit dem Fig. 6 einen Schnitt durch einen Teil des Kopfes einer als

Magazintransportrad verbundenes Zahnrad eingreifen Bearbeitungszentrum ausgebildeten Werkzeugmaschine in kann. Das Magazintransportrad kann auf seiner einen Stirn- der Stellung beim Werkzeugträgerwechsel,

seite Indexierbohrungen tragen, in die die Keilwelle mit ih- Fig. 7 einen zu Fig. 6 entsprechenden Schnitt beim Bear-

rem einen Ende beim Vorschub der Antriebsspindel einfahr- 40 beitungsvorgang,

bar ist. Zur Spindelorientierung kann über dem Treibrad ein Fig. 8 einen Schnitt durch einen Teil des Kopfes bei einer Lagemessgeber und über der Achse des Magazintransport- ebenfalls als Revolverbohrmaschine ausgebildeten Werkrades für dessen Position kann ein Lagemessgeber angeord- zeugmaschine beim Bearbeitungsvorgang in einer zweiten net sein. Ausführungsform.

Ist die Werkzeugmaschine z.B. als Revolverbohrma- 45 Die in den Fig. 1 und 2 dargestellte Werkzeugmaschine schine ausgebildet, so kann die Umschaltkupplung einen mit in Form einer Revolverbohrmaschine weist in üblicher Weider Antriebsspindel verbundenen Kupplungskörper auf- se ein Gestell 1 auf, auf dem ein Tisch 2 in der X- und Y -weisen, der zwei Kupplungsteile trägt, wobei der eine Kupp- Richtung verfahrbar ist, auf ihm wird das nicht näher darge-lungsteil im einen Fall mit dem Kupplungsteil des Werk- stellte Werkstück aufgespannt,

zeugträgers und der andere Kupplungsteil im anderen Fall 50 Vom Gestell 1 erstreckt sich ein Ständer 3 nach oben, an mit einem Kupplungsrad durch Verschiebung der Antriebs- dem ein Kopf 4 höhenverstellbar verschieb- und feststellbar spindel verbindbar ist. Die Antriebsspindel kann in diesem ist. Der Kopf 4 trägt ein Magazintransportrad 5 (Schalt-Falle als Keilwelle ausgebildet sein, die durch ein mit dem trommel), in der sich als Werkzeugträger z:.B. zwölf Bohr-Gleichstrommotor verbundenes Treibrad und das Kupp- spindein 6 befinden. Zur Festlegung der Position des Tisches lungsrad, die entsprechende Nuten tragen, hindurchgeführt 55 2 in der X- und Y-Achse ist eine Numerik eingesetzt, die ist. Das Kupplungsrad kann vorzugsweise als Zahnrad aus- auch die Vorschubgeschwindigkeit in beiden Achsen steuert, gebildet sein, das mit einem mit dem Magazintransportrad Ein Motor 7 als Gleichstrommotor sorgt für die Einstellung verbundenen Zahnrad kämmt. Für den raschen Schaltvor- in Y-Richtung, ein Motor 8, ebenfalls ein regelbarer Gleichgang kann die Antriebsspindel mit dem Kupplungskörper strommotor, bewegt den Tisch 2 in X-Richtung. Beide Mo-über ein Kraftelement axial verschiebbar sein, wobei sich 60 toren 7, 8 sind NC-gesteuert unter Verwendung z. B. eines dieses Kraftelement in einem Gehäuseblock befinden kann, Tachogenerators und eines Drehmelders.

der über einen Vorschubantrieb (Servo-Gleichstrommotor) Bei der Ausführungsform nach den Fig. 3 bis 5 erstrek-axial verschiebbar sein kann. Das Magazintransportrad ken sich im Kopf 4 vertikal und parallel zueinander eine als kann durch einen Indexierbolzen fixierbar sein, der zweck- Kugelrollspindel ausgebildete Vorschubspindel 9, eine Füh-mässigerweise ebenfalls über ein Kraftelement bewegbar sein 6s rungsstange 10, eine Antriebsspindel 11, die im Magazinkann, wobei beide Kraftelemente als Hydraulikelemente transportrad 5 sitzenden Bohrspindeln 6 und ein Lagerstück ausgebildet und gemeinsam steuerbar sein können. Die pro- 13, das als Rohr ausgebildet und in einem Gehäuseträger 14 grammierbare Steuerung kann als NC-Steuerung ausgebil- gelagert ist und stirnseitig mit dem Magazintransportrad 5

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verschraubt ist. Die Vorschubspindel 9 ist mit der Welle 15 eines Servo-Gleichstrommotors 16 verbunden. Auf der Vorschubspindel 9 sitzt eine in einem als Gehäuseblock 12 ausgebildeten Verschiebeelement 17 angeordnete Mutter 18. Ein Ausleger 19 des Verschiebeelementes 17 greift an der Bohrspindel 6 an, die von der Seite her aufgeschoben wird. Zur Festlegung der Position der Bohrspindel 6 in der Z-Achse ist ebenfalls die Numerik eingesetzt, die auch die Vorschubgeschwindigkeit steuert.

Die Antriebsspindel 11 ist axial verschiebbar gelagert und drehschlüssig mit einem Treibrad 20 verbunden, das über ein Antriebsmittel 21 wie Zahnriemen od.dgl. an eine Antriebsscheibe angeschlossen ist, die von einem Hauptantriebsmotor 22 angetrieben wird, der aus einem regelbaren Gleichstrommotor besteht und NC-gesteuert ist. Jede Bohrspindel 6 hat ein eigenes Getriebe 23, die Übersetzungen sind aber gruppenweise gleich. Sind in dem Magazintransportrad 5 z.B. zwölf Bohrspindeln 6 untergebracht, so haben vorzugsweise fünf ein Getriebe mit einer Übersetzung i = 4:1 und sieben ein Getriebe mit einer Übersetzung i = 1:1. Die erste Gruppe wird verwendet für Werkzeuge, die bei der Bearbeitung eines Werkstückes mit einer niedrigen Drehzahl umlaufen sollen und dabei ein hohes Drehmoment verlangen, die Gruppe mit direkter Übersetzung wird für Werkzeug mit höheren Drehzahlen eingesetzt. Auf diese Weise kann das notwendige Drehmoment am Werkzeug immer zur Verfügung gestellt werden, obwohl der Motor 22 als Gleichstrommotor bei niedrigen Drehzahlen nur ein kleineres Drehmoment abgibt: trotz der niedrigen Drehzahl am Werkzeug läuft er in einem Drehzahlbereich, in dem eine entsprechend hohe Drehmomentabgabe gesichert ist.

Auf den einander zugewandten Stirnseiten trägt die Antriebsspindel 11 ein Kupplungsteil 24 in Form einer Kupplungsglocke 25, und die Bohrspindeln 6 haben am Ende eines Wellenstummels 26 als Kupplungsteil 27 einen Kegel teil 28. Ein in dem Verschiebeelement 17 angeordnetes Kraftelement 29, z.B. ein Hydraulikzylinder, bewirkt bei der Kupplung bzw. Entkupplung der Antriebsspindel 11 mit dem Wellenstummel 26 die Axialverschiebung der Antriebsspindel 11, so dass z. B. beim Kuppeln die Kupplungsglocke 25 auf dem Kegelteil 28 aufsitzt und der Wellenstummel 26 über Reibungsschluss mitgenommen wird. In diesem gekuppelten Zustand bewegt sich die Antriebsspindel 11 bei der Vorschubbewegung der Bohrspindel 6 mit. Zur schrittweisen Drehung des Magazintransportrades 5 ist in diesem Falle in dieses ein Malteserkreuz eingearbeitet, das über einen Treiber 30, einen Motor 31 und eine Kette 32 od.dgl. angetrieben wird. Fluchtet eine der im Magazintransportrad 5 axial verschiebbaren, aber unverdrehbaren Bohrspindeln 6 mit der Antriebsspindel 11, so wird diese Position des Magazintransportrades 5 durch eine hier nicht näher dargestellte Indexierung gesichert.

Die Bearbeitung eines Werkstückes ist programmgesteuert. Von einem Datenträger, z.B. einem Lochband, gehen die notwendigen Informationen aus: der Tisch 2 wird über die Motoren 7, 8 geschwindigkeits- und weggesteuert in die richtige Position gefahren, der Kopf 4 befindet sich in seiner positionierten Höhe, die entsprechende Bohrspindel 6 wird über den Motor 31 und das Magazintransportrad 5 in Arbeitsposition, in der ihre Achse 33 mit der Antriebsspindel 11 fluchtet, gebracht, wobei der Hauptantriebsmotor 22 mit der vorprogrammierten Drehzahl umläuft, um dem nicht näher dargestellten, von der Bohrspindel 6 aufgenommenen Werkzeug die richtige Drehzahl zu erteilen. Nach der Kupplung der Antriebsspindel 11 mit dem Wellenstummel 26 durch das Kraftelement 29 bewegt der Servomotor 16 geschwindigkeits- und weggesteuert über die Mutter 18 und die

Spindel 9 die Bohrspindel 6, so dass das Werkzeug den gewünschten Vorschub ausführt.

Bei einem Werkzeugwechsel verbleibt in der Regel die Bohrspindel 6 in dem Magazintransportrad 5, ausser dem Austausch des Werkzeuges muss lediglich im Technischen Büro ein entsprechender Datenträger erstellt werden, der den Vorschubweg, die Vorschubgeschwindigkeit und die Drehzahl neu bestimmt.

Auch bei der Ausbildung der Werkzeugmaschine als Bearbeitungszentrum nach den Fig. 6 und 7 ist am Gestell 1 ein Kopf 4 in Richtung gemäss dem angegebenen Doppelpfeil 34 verschieb- und feststellbar. Im Kopf 4 sind wieder der Hauptantriebsmotor 22, die Antriebsspindel 11, eine Keilwelle 35, ein Vorschubantrieb 36 und eine Werkzeugwechselvorrichtung 37 mit dem Magazintransportrad 5 als wesentlicher Bestandteil aufgenommen.

Der Hauptantriebsmotor 22 ist als Servo-Gleichstrom-motor 38 ausgebildet mit einer Maximalleistung von z. B. 7,5 bis 11 KW. Solche Vielpol-Motoren mit Permanentmagnetfeld haben über einen ausserordentlich grossen Drehzahlbereich ein nahezu konstantes Drehmoment, die thermische Zeitkonstante beträgt mehr als 100 Minuten, der schwer eisenbehaftete Anker kann die Wärme aufnehmen, die entsteht, wenn über längere Zeit wesentlich höhere Spitzendrehmomente als das Nenndrehmoment abgegeben werden. Der Motor braucht deshalb nur für etwa die halbe Maximalleistung als Nennleistung ausgelegt zu sein. Er ist bislang lediglich als Motor für Vorschubantriebe angewendet worden. Die maximal erreichbare Drehzahl liegt etwa bei 3000 U./ min. Wegen des grossen Drehzahlbereiches kommt man für die Antriebsspindel 11 mit einem zweistufigen Getriebe aus. Der Servo-Gleichstrommotor 38 treibt über das als Zahnriemen ausgebildete Antriebsmittel 21 das Treibrad 20, das axial unverschiebbar im Kopf 4 gelagert ist. Im Treibrad 20 ist axial verschiebbar die Keilwelle 35 angeordnet, die durch den Gehäuseblock 12 und ein dort axial unverschiebbar gelagertes Kupplungsrad 39 dringt, in einer Büchse 40 im Kopf 4 weitergeführt ist und ein Zahnrad 41 als Magazinantriebsritzel trägt. Sowohl das Treibrad 20 als auch das Kupplungsrad 39, das als Zahnrad 42 ausgebildet ist, sind mit Nuten für die Keilwelle 35 versehen, wobei aber die Nuten bzw. das Keilwellenprofil in bestimmten Bereichen fehlen. Auf diese Weise bilden die Keilwelle 35 und das Kupplungsrad 39 eine Umschaltkupplung 43.

Im Gehäuseblock 12 ist weiter die Antriebsspindel 11 drehbar gelagert, auf der drehschlüssig und axial unverschiebbar ein Zahnrad 44 sitzt, das mit dem Zahnrad 42 kämmt. Die Antriebsspindel 11 ragt mit ihrem freien Ende 45 aus dem Gehäuseblock 12 hervor und kann mit diesem zu einem Festanschlag 46 am Kopf 4 hin fahren. Der Gehäuseblock 12 mit den Zahnrädern 42 und 44 und der Antriebsspindel 11 sind über den Vorschubantrieb 36 axial verfahrbar. Dieser besteht wieder aus dem Servo-Gleichstrommotor 16, der mit der Vorschubspindel 9 die Vorschubspindelmutter 18 beaufschlagt, die mit dem Gehäuseblock 12 verbunden ist. Die Antriebsspindel 11 ist einmal im Gehäuseblock 12 und einmal in einer Lagerbuchse 47 im Kopf 4 drehbar gelagert, sie ist zusammen mit dem Gehäusebloek 12 axial verschiebbar. Sie trägt an ihrer freien Stirnseite einen Kupplungsteil 24, der aus einem Zentrierkonus 48 und einem Halteglied 49 besteht. Das Halteglied 49 ist an seinem Ende T-förmig ausgebildet, es wird durch ein Verschiebeelement 50 in Form eines Tellerfederpaketes 51 nach innen gezogen. Mit der Antriebsspindel 11 kuppelbar ist ein Werkzeugträger 52, der auf seiner einen Stirnseite als Kupplungsteil 27 einen Kurzkegel 53 und eine Nut 54 aufweist. Der Kurzkegel 53 sitzt passend in den Zentrierkonus 48 ein, in der Nut 54 wird das T-förmige Ende des Haltegliedes 49 auf5

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genommen, das auch der Drehmomentübertragung dient. Dazu ist das axial in der Antriebsspindel 11 bewegbare Halteglied 49 über einen Keil 55 drehschlüssig mit der Antriebsspindel 11 verbunden.

Die Werkzeugträger 52 sind aufgenommen im Magazintransportrad 5 als wesentlicher Bestandteil der Werkzeugwechselvorrichtung 37, das in der Nähe seines äusseren Um-fanges 56 Durchgangsöffnungen 57 trägt, durch die die Werkzeugträger 52 und die Antriebsspindel 11 in der Bearbeitungsposition hindurchgeführt werden können. Das Magazintransportrad 5 ist mit seiner Achse 58 im Kopf 4 axial unverschiebbar gelagert. Die Achse 58 trägt ein Zahnrad 59, das mit dem Zahnrad 41 der Keilwelle 35 in Eingriff bringbar ist. Oberhalb der Achse 58 befindet sich ein Lagemessgeber 60 für die Magazinposition. Auf der einen Stirnseite des Magazintransportrades 5 sind Indexierbohrungen 61 eingelassen, in die bei fluchtender Stellung das abgesetzte Ende 62 der Keilwelle 35 einfahren kann.

Die Keilwelle 35 ist mit einem Bund 63 versehen, der sich an einer Anlaufscheibe 64 abstützen kann. Zwischen ihrem stirnseitigen Ende und dem Treibrad 20 befindet sich eine Schaltfeder 65, über dem Treibrad 20 sitzt ein Lagemessgeber 66 für die Orientierung der Antriebsspindel 11.

In Fig. 6 ist das Bearbeitungszentrum in einer Stellung gezeigt, in der sich ein Werkzeugwechsel vollziehen kann. Die Antriebsspindel 11 befindet sich in ihrer Ausgangsposition, das heisst das Ende des Haltegliedes 49 liegt am Festanschlag 46 an, der Spindelkörper ist ganz in den Kopf 4 eingefahren, so dass sich das Magazintransportrad 5 drehen kann. Lediglich das T-förmige Ende des Haltegliedes 49 ragt so weit hervor, dass der Werkzeugträger 52 mit seinem Kurzkegel 53 aus dem Zentrierkonus 48 herausbewegt ist. Die Antriebsspindel 11 befindet sich in der «home position», also in einer Drehwinkellage, in der die Nut 54 und das Halteglied 49 so ausgerichtet sind, dass der Werkzeugträger 52 bei der Drehbewegung des Magazintransportrades 5 vom Halteglied 49 heruntergeführt werden kann. Um die Ausgangsposition zu erreichen, ist der Gehäuseblock 12 über den Vorschubantrieb 36 ganz nach oben geführt, dabei wird auch die Keilwelle 35 über den Bund 63 mitgenommen, wobei durch eine Aussparung 67 im Kupplungsrad 39 die Drehverbindung unterbrochen wird, so dass in der Ausgangsposition die Antriebsspindel 11 nicht angetrieben wird. Dagegen ist das Zahnrad 41 mit dem Zahnrad 59 in Eingriff und das Ende 62 der Keilwelle 35 aus der Indexier-bohrung 61 herausgehoben. Bei laufendem Hauptantriebsmotor 22 wird damit das Magazintransportrad 5 über das Antriebsmittel 21, das Treibrad 20, die Keilwelle 35 und das Getriebe 68 gedreht, so dass ein neuer Werkzeugträger 52 fluchtend unter die Antriebsspindel 11 gebracht werden kann. Man ist dabei nicht auf eine Schrittschaltung angewiesen, sondern kann durch die Steuerung jeden beliebigen Werkzeugträger 52 unter die Antriebsspindel 11 bringen. Sobald der gewählte Werkzeugträger 52 unter der Antriebsspindel 11 angelangt ist, geht der Gehäuseblock 12 nach unten, das Halteglied 49 kommt vom Festanschlag 46 frei, und das Verschiebeelement 50 zieht den Werkzeugträger 52 gegen die Antriebsspindel 11, so dass die Kupplung vollzogen wird. Die Schaltfeder 65 lässt die Keilwelle 35 zunächst dem niedergehenden Gehäuseblock 12 folgen, so dass das Zahn-

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rad 41 ausser Eingriff mit dem Zahnrad 59 kommt und das Magazintransportrad 5 durch das Einfahren des Endes 62 der Keilwelle 35 in die Indexierbohrung 61 fixiert wird. Bei der weiteren Vorschubbewegung wird durch die einfahrende s Keilwelle 35 das Kupplungsrad 39 mitgenommen und damit die Antriebsspindel 11 und der Werkzeugträger 52 in Drehbewegung versetzt. Diese Stellung während des Vorschubes ist in Fig. 7 wiedergegeben: die Antriebsspindel 11 ist angekuppelt, das Magazintransportrad 5 abgekuppelt.

io Bei der Darstellung nach Fig. 8 ist die Werkzeugmaschine wieder als Revolverbohrmaschine ausgebildet, diesmal mit kombiniertem Spindel-Magazinantrieb. Die entsprechenden Teile sind mit den gleichen Bezugszeichen versehen wie bei der Ausführungsform nach den Fig. 1 bis 5 bzw. wie 15 beim Bearbeitungszentrum nach den Fig. 6 und 7.

Die Antriebsspindel 11 ist hier wieder immittelbar als Keilwelle ausgeführt, auf der das Treibrad 20 und das Kupplungsrad 39 sitzen, das in diesem Falle Bestandteil des Getriebes 68 zum Antrieb des als Revolver ausgebildeten Ma-20 gazintransportrades 5 ist. An ihrem Ende befindet sich ein besonderer Kupplungskörper 69, der einerseits mit dem Kupplungsteil 24 und anderseits mit einem Kupplungsteil 70 zur Kupplung mit dem Kupplungsrad 39 versehen ist. Die Werkzeugträger 52 bestehen wieder aus Bohrspindeln 6 mit 25 eigenem Getriebe 23. Die Bohrspindel 6 wird über den Vorschubantrieb 36 axial bewegt, sie ist dazu im Magazintransportrad 5 in einer Büchse 71 geführt. Der Kupplungskörper 69 ist zusammen mit der Antriebsspindel 11 axial verschiebbar über das Kraftelement 29, das im Gehäuseblock 12 un-30 tergebracht ist, der wieder die Vorschubspindelmutter 18 aufnimmt. Zur Indexierung des Magazintransportrades 5 dringt ein Bolzen 72 als Bestandteil eines weiteren Kraftelementes 73 in die Indexierbohrung 61 ein, die sich hier am Umfang 56 des Revolvers befindet. Die Kraftelemente 29, 73 35 sind als Hydraulikzylinder ausgebildet und, wie angedeutet, gemeinsam über ein Schaltventil 74 ansteuerbar.

In der Darstellung nach Fig. 8 ist die Bearbeitungsposition wiedergegeben. Der Vorschubantrieb 36 bewegt den Gehäuseblock 12 und damit über das Verschiebeelement 50 40 die Antriebsspindel 11 und über den Gehäuseblock 12 die Bohrspindel 6 nach unten, um die Bearbeitung des nicht näher dargestellten Werkstückes vorzunehmen. Danach wird die Bohrspindel 6 und die Antriebsspindel 11 über den Vorschubantrieb 36 zurückbewegt. In einer definierten Endstel-45 lung wird die Antriebsspindel 11 mit dem Kupplungskörper 69 über das Kraftelement 29 noch weiter nach oben bewegt, so dass die Kupplung zwischen der Antriebsspindel 11 und der Bohrspindel 6 gelöst wird und schliesslich der Kupplungsteil 70 in das Kupplungsrad 39 einfährt, so dass jetzt so das Magazintransportrad 5 über das Getriebe 68 gedreht wird. Mit dem Kraftelement 29 ist auch das Kraftelement 73 in Tätigkeit getreten, so dass der Bolzen 72 zurückgezogen wurde und die Indexierung gelöst ist. Damit wird eine neue Bohrspindel 6 in fluchtende Position mit der Antriebsspindel ss 11 gebracht, in der dann über das Hydraulikelement 29 der Kupplungskörper 69 nach unten gefahren wird: die Kupplung zwischen Antriebsspindel 11 und der Bohrspindel 6 wird hergestellt, die Werkzeugwechselvorrichtung 37 ist abgekuppelt. Das Kraftelement 73 hat den Bolzen 72 wieder in 6o die Indexierbohrung 61 eingeschoben.

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4 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

631097 PATENTANSPRÜCHE

1. Werkzeugmaschine mit einer von einem Elektromotor angetriebenen Antriebsspindel und einer Werkzeugwechselvorrichtung, die Werkzeugträger in eine zur Antriebsspindel fluchtende Stellung bringen kann, wobei die aufeinander zugerichteten Enden der Werkzeugträger und der Antriebsspindel Kupplungsteile tragen und zur Kupplung Verschiebeelemente vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektromotor als läge- und geschwindigkeitsgeregelter Gleichstrommotor (38) ausgebildet ist und dieser Motor (38) in Zuordnung zum jeweiligen Werkzeugträger (52) und der Vorschub der Werkzeugträger (52) nach Weg und Geschwindigkeit einer programmierbaren Steuerung unterworfen sind.

2. Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Gleichstrommotor (38) als Servo-Motor mit Permanentmagnetfeld ausgebildet ist.

3. Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Gleichstrommotor (38) bei 100% ED (Einschaltdauer) auf etwa die halbe maximale Leistung ausgelegt ist.

4. Maschine nach Anspruch 1, insbesondere Revolverbohrmaschine, bei der die Werkzeugträger als mit einem eigenen Getriebe verbundene, in einem Magazintransportrad geführte Bohrspindeln ausgebildet sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Bohrspindeln (6) gruppenweise Getriebe (23) mit unterschiedlicher Übersetzung aufweisen.

5. Maschine nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Bohrspindeln (6) zwei Gruppen mit zweierlei Übersetzungen bilden.

6. Maschine nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Übersetzungen i = 1:1 und 1 = 4:1 betragen.

7. Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Gleichstrommotor (38) neben der Antriebsspindel (11) auch die Werkzeugwechselvorrichtung (37) antreibt und dazu eine Umschaltkupplung (43) vorgesehen ist.

8. Maschine nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Gleichstrommotor (38) die Ausrichtung der Antriebsspindel (11) und die Positionierung der Werkzeugwechselvorrichtung (37) übernimmt.

9. Maschine nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Werkzeugwechselvorrichtung (37) als Werkzeugspeicher im wesentlichen ein Magazintransportrad (5) aufweist, das in der Nähe des Umfanges (56) mit Durchgangsöffnungen (57) für den Durchgang des Werkzeugträgers (52) bzw. der Antriebsspindel (11) bei deren axialen Verschiebung versehen ist, wobei das Magazintransportrad (5) über ein Getriebe (68) mit dem Gleichstrommotor (38) verbunden ist.

10. Maschine nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass eine Schaltvorrichtung vorgesehen ist, die ein Weiterschalten des Magazintransportrades (5) nur ermöglicht,

wenn sich die Antriebsspindel (11) in der Ausgangsposition befindet.

11. Maschine nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Umschaltkupplung (43) aus einer Keilwelle (35) und einem Kupplungsrad (39) mit entsprechenden Nuten besteht, in dem die Keilwelle (35) axial verschiebbar geführt ist.

12. Maschine nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Kupplungsrad (39) als Zahnrad (42) ausgebildet ist, das mit einem drehschlüssig mit der Antriebsspindel (11) verbundenen Zahnrad (44) kämmt.

13. Maschine nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Keilwelle (35) drehschlüssig, aber axial verschiebbar in einem axial fixierten Treibrad (20) geführt ist, das mit dem Gleichstrommotor (38) über ein Antriebsmittel (21) verbunden ist.

14. Maschine nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Kupplungsrad (39) und das Zahnrad (44) in einem Gehäuseblock (12) untergebracht sind, der über einen Vorschubantrieb (36) axial verschiebbar ist.

15. Maschine nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Kupplungsrad (39) und das Zahnrad (44) im

5 Gehäuseblock (12) axial fixiert sind und die durch das Zahnrad (44) und den Gehäuseblock (12) dringende, im Gehäuseblock (12) axial fixierte Antriebsspindel (11) zu einem Festanschlag (46) hin fahrbar ist.

16. Maschine nach Ansprüchen 9 bis 11, dadurch ge-

io kennzeichnet, dass die Keilwelle (35) ein Zahnrad (41) trägt, das in Abhängigkeit von der Stellung der Keilwelle (35) in ein mit dem Magazintransportrad (5) verbundenes Zahnrad (59) eingreifen kann.

17. Maschine nach Ansprüchen 9 bis 11, dadurch ge-

15 kennzeichnet, dass das Magazintransportrad (5) auf seiner einen Stirnseite Indexierbohrungen (61) trägt, in die die Keilwelle (35) mit ihrem einen Ende (62) einfahren kann.

18. Maschine nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass über der Achse (58) des Magazintransportrades (5) ein

2o Lagemeßgeber (60) für dessen Position angeordnet ist.

19. Maschine nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass über dem Treibrad (20) ein Lagemeßgeber (66) für die Spindelorientierung angeordnet ist.

20. Maschine nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet,

25 dass die Umschaltkupplung (43) einen mit der Antriebsspindel (11) verbundenen Kupplungskörper (69) aufweist, der zwei Kupplungsteile (24,70) trägt, wobei der eine Kupplungsteil (24) im einen Fall mit dem Kupplungsteil (27) der Bohrspindel (6) und der andere Kupplungsteil (70) im an-

30 deren Fall mit einem Kupplungsrad (39) durch Verschiebung der Antriebsspindel (11) verbindbar sind, die Antriebsspindel (11) als Keilwelle ausgebildet ist, die durch ein mit dem Gleichstrommotor (38) verbundenes Treibrad (20) und das Kupplungsrad (39), die entsprechende Nuten tra-

35 gen, hindurchgeführt ist und das Kupplungsrad (39) als Zahnrad (42) ausgebildet ist, das mit einem mit dem Magazintransportrad (5) verbundenen Zahnrad (59) kämmt.

21. Maschine nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebsspindel (11) mit dem Kupplungskörper

40 (69) über ein Kraftelement (29) axial verschiebbar ist.

22. Maschine nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass das Rraftelement (29) in einem Gehäuseblock (12) untergebracht ist, der über einen Vorschubantrieb (36) axial verschiebbar ist.

45 23. Maschine nach Anspruch 14 oder 22, dadurch gekennzeichnet, dass der Vorschubantrieb (36) aus einer im Gehäuseblock (12) fixierten Spindelmutter (18) und einer Vorschubspindel (9) eines Gleichstrom-Servomotors (16) besteht.

so 24. Maschine nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Magazintransportrad (5) durch einen Bolzen (72) indexierbar ist.

25. Maschine nach Ansprüchen 21 und 24, dadurch gekennzeichnet, dass der Indexierbolzen (72) durch ein Kraft-

55 element (73) bewegbar ist, das gemeinsam mit dem Kraftelement (29) für die Antriebsspindelverschiebung steuerbar ist.

26. Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die programmierbare Steuerung als NC-Steuerung aus-

60 gebildet ist.

27. Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in der Antriebsspindel (11) ein Halteglied (49) aufgenommen ist, auf dessen herausragendes Ende der mit einer im Querschnitt T-förmigen Nut (54) versehene Werkzeuges träger (52) von der Seite her aufschiebbar und in Drehrichtung formschlüssig mitnehmbar ist und das über einen Kraftspeicher, vorzugsweise ein Tellerfederpaket (51), den Werkzeugträger (52) gegen die Antriebsspindel (11) zieht,

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die auf ihren einander zugerichteten Stirnseiten zur Zentrierung einen konzentrischen Kurzkegel (53) bzw. einen Zentrierkonus (48) tragen.