CH671177A5

CH671177A5 -

Info

Publication number: CH671177A5
Application number: CH33787A
Authority: CH
Inventors: Sigisbert Foehn
Original assignee: Sig Schweiz Industrieges
Priority date: 1987-01-30
Filing date: 1987-01-30
Publication date: 1989-08-15
Also published as: DE3743091A1

Description

BESCHREIBUNG Eine Spindeleinheit gemäss Oberbegriff des Anspruchs 1 ist aus der DE-OS 3 322 007 bekannt. In einem Lagerkörper ist eine Welle drehbar gelagert, die ein Fräswerkzeug trägt. Der Lagerkörper ist an seinem einen Ende axial verschiebbar in einem sphärischen Schwenklager zentriert. Der Aussen-ring des Schwenklagers ist in einem Gehäuse befestigt. Am andern Ende ist der Lagerkörper gegenüber dem Gehäuse durch einen hohlen Gummiring zentriert. Der Innenraum des Gummirings kann mit einem einstellbaren Druck beaufschlagt werden, um die Federkonstante der Zentrierung einstellen zu können. Damit sollen Vibrationen und Unwuchten des Werkzeugs gedämpft und auf die Welle einwirkende Biegemomente absorbiert werden. Es handelt sich bei dieser bekannten Ausführung also um ein selbsteinstellendes Lager mit elastischer Zentrierung.

Bei der Herstellung spanabhebend bearbeiteter Teile müssen meist die Kanten gebrochen werden. Bei kompliziert geformten Teilen ist dies sehr schwierig, weil die räumliche Lage der Kanten relativ zu einer Einspannfläche wegen der verketteten Masstoleranzen meist nicht hinreichend genau definiert ist. Wenn das Werkstück mit einer programmierten Bewegung entlang eines in einer feststehenden Werkzeugspindel eingespannten Werkzeugs geführt wird, ist der Kantenbruch von Werkstück zu Werkstück unterschiedlich. Auch wenn das Werkzeug in einer Spindel gemäss DE-OS 3 322 007 eingespannt wäre, würden sich Abweichungen ergeben, weil die Anpresskraft des Werkzeuges mit dessen Auslenkung ändern würde. Diese bekannte Spindel eignet sich daher nicht zum Brechen der Kanten von Werkstücken.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Spindeleinheit derart auszubilden, dass an Werkstücken mit Masstoleranzen der zu brechenden Kanten die Kanten derart gebrochen werden können, dass der Kantenbruch mindestens optisch gleichmässig ist, und dass ein automatisches Kantenbrechen ermöglicht wird. Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.

Bei der erfindungsgemässen Ausbildung wird die Spindel mit einer im wesentlichen konstanten, von der Auslenkung unabhängigen Kraft zentriert. Dadurch ist die Anpresskraft des Werkzeuges auf das Werkstück unabhängig von der geometrischen Lage der zu bearbeitenden Kante. Das Werkstück kann deshalb programmgesteuert am Werkzeug vorbeigeführt werden. Zu diesem Zweck eignet sich insbesondere ein programmierbarer Roboter. Damit kann das Kantenbrechen vollständig automatisiert werden, weil Mass- und Einspanntoleranzen sowie Ungenauigkeiten des Roboters mechanischer Art, durch Schwingungen oder Bahnfehler ohne Anpresskraftänderung ausgeglichen werden.

Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung erläutert. Darin zeigt:

Fig. 1 einen Axialschnitt durch eine Spindeleinheit, und

Fig. 2 eine Vorrichtung zum Entgraten eines Werkstücks.

In Fig. 1 ist eine Einbauspindel 1 schematisch dargestellt. Sie umfasst einen Lagerkörper 2, in welchem eine Welle 3 auf Wälzlagern 4 drehbar gelagert ist. Die Welle 3 trägt an ihrem freien Ende ein Spannfutter 5 mit einem eingespannten Werkzeug 6 dargestellt als Zylinderfräser. Die Einbauspindel 1 enthält ferner einen Antriebsmotor, der schematisch als Luftturbine 7 dargestellt ist. Die Turbine 7 wird über eine Düse 8 mit Druckluft beaufschlagt. In der Zuleitung 9 zur Düse 8 ist ein Schlauch 10 so verlegt, dass er auf die Einbauspindel 1 keine wesentlichen auslenkenden und vom Betrag der Auslenkung abhängigen Kräfte ausübt. Die Einbauspindel 1 bildet mit einem Gehäuse 15 eine Spindeleinheit 11.

Der Lagerkörper 2 ist im Gehäuse 15 mittels eines sphärischen Wälz-Schwenklagers 16 um zwei sich und die Wellenachse 17 senkrecht schneidende Schwenkachsen 18,19 schwenkbar gelagert und durch einen in eine Nut 20 eingreifenden Stift 21 gegen Verdrehen um die Wellenachse 17 gesichert. Das Schwenklager 16 gewährleistet eine reibungsarme Lagerung des Lagerkörpers 2 ohne Haft- und Gleitreibung.

An dem dem Werkzeug 6 zugewandten Ende sind im Gehäuse 15 gleichmässig über den Umfang verteilt sechs radiale, abgestufte Zylinderbohrungen 25 gebohrt. Die Stufe 26 dieser Bohrungen 25 dient als Anschlag für einen in der Bohrung 25 geführten Kolben 27. Der Lagerkörper 2 durchdringt eine axiale Bohrung 28 des Gehäuses 15 mit Spiel. Sämtliche Bohrungen 25 sind über einen Ringraum 29 miteinander verbunden und über einen Anschluss 30 durch ei5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

3

671177

nen nicht dargestellten Druckregler mit Luft mit einem einstellbaren Druck beaufschlagt.

In der dargestellten zentrierten Mittelstellung liegen sämtliche Kolben 27 gleichzeitig an der Stufe 26 und am Lagerkörper 2 an. Bei Auslenkung des Lagerkörpers 2 heben jeweils zwei bis drei der Kolben 27 vom Lagerkörper 2 und zwei bis drei der gegenüberliegenden Kolben 27 von der Stufe 26 ab, so dass der Lagerkörper 2 mit einer von der Auslenkung unabhängigen, durch den Druck am Anschluss 30 einstellbaren Kraft in Richtung auf die Mittelstellung belastet wird. Um die Reibung bei der Auslenkung möglichst gering zu halten, sind die Kolben 27 gegenüber den Zylinderbohrungen 25 nicht durch elastomere Dichtringe abgedichtet, so dass durch den engen Spalt zwischen Kolben 27 und Bohrung 25 stets etwas Luft entweicht.

Am hinteren Ende sind am Gehäuse 15 vier einander je paarweise gegenüberliegende, radial angeordnete, induktive Wegtaster 35 befestigt, deren Abtastkopf 36 am Lagerkörper 2 anliegt. Das Signal dieser Taster 35 ermöglicht eine Bestimmung der Werkzeugauslenkung nach Richtung und Betrag. Diese Auswertung kann z. B. auf einem Bildschirm dargestellt werden und als Programmierhilfe für den in Fig. 2 dargestellten Kantenbrechautomaten oder für ein Warnoder Stopsignal zum automatischen Abschalten des Automaten bei Überschreiten einer vorgegebenen Auslenkung verwendet werden. Mit den Signalen der Taster 35 ist auch eine automatische Programmkorrektur möglich.

In Fig. 2 ist schematisch ein programmierbarer Roboter 40 dargestellt. In einem Greifer 41 ist ein Werkstück 42 mit einer zu brechenden Kante 43 eingespannt. Der Greifer 41 ist an einem Kopf 44 um alle drei Raumachsen schwenkbar.

Der Kopf 44 ist bezüglich dem ortsfest gehaltenen Gehäuse 15 der Spindeleinheit 11 in Richtung der drei Raumachsen verschiebbar. Der Roboter 40 wird dabei so programmiert, dass die Kante 43 dem Werkzeug 6 mit einer vorgegebenen Geschwindigkeit entlanggeführt und dabei der Lagerkörper 2 gegenüber dem Gehäuse 15 um etwa die Hälfte des Spiels zwischen Lagerkörper 2 und Bohrung 28 ausgelenkt ist. Da bei dieser Bearbeitung die Anpresskraft und der Vorschub konstant bleiben, ergibt sich ein gleichmässiger Kantenbruch unabhängig von Werkstücktoleranzen und Einspannunge-nauigkeiten.

Je nach Werkstück 42 können auch mehrere der beschriebenen Spindeleinheiten 11 ortsfest angeordnet werden, z. B. mit sich kreuzenden Achsen 17 oder mit unterschiedlichen Werkzeugen 6. Bei grossen Werkstücken 42 kann es günstiger sein, das Werkstück 42 ortsfest einzuspannen und die Spindel 11 am Greifer 41 zu befestigen.

Das Schwenklager 16 kann auch als sphärisches hydrostatisches Gasgleitlager oder als Kardanlager ausgebildet sein mit einem den Lagerkörper 2 umhüllenden Ring, der über zwei in der einen Schwenkachse 18 angeordnete Lagerzapfen mit dem Gehäuse 15 und zwei in der andern Schwenkachse 19 angeordnete Lagerzapfen mit dem Lagerkörper 2, z.B. über Kugellager, verbunden ist. Statt der Turbine 7 kann die Welle 3 auch durch einen Elektromotor angetrieben sein. Statt der Druckvorbelastung der Kolben 27 eignet sich auch eine Vorbelastung durch eine um ein Vielfaches des Kolbenhubes vorgespannte Feder. Auch in diesem Falle wäre die Rückführkraft nur wenig von der Auslenkung abhängig.

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

S

1 Blatt Zeichnungen

Claims

671177

1. Spindeleinheit mit einer Welle (3) zum Einspannen eines spanabhebenden Werkzeuges (6), insbesondere zum Brechen von Kanten eines Werkstücks (42), umfassend ein Gehäuse (15), einen in einem Schwenklager (16) um zwei sich senkrecht schneidende Schwenkachsen (18, 19) schwenkbar im Gehäuse (15) gelagerten Lagerkörper (2), in welchem die Welle (3) drehbar gelagert ist, sowie ein vom Schwenklager (16) beabstandetes Zentrierelement (27) zum Zentrieren der beiden aus Lagerkörper (2) und Gehäuse (15) bestehenden Elemente (2,15) relativ zueinander, dadurch gekennzeichnet, dass das Zentrierelement mindestens drei beweglich geführte, gegeneinander wirkende, gegen je einen Anschlag (26) im ersten Element (15) vorbelastete Glieder (27) umfasst, wobei alle Glieder (27) in der zentrierten Mittelstellung der beiden Elemente (2,15) an ihren Anschlägen (26) und am zweiten Element (2) anliegen und bei einer Auslenkung aus der Mittelstellung mindestens eines der Glieder (27) von seinem Anschlag (26) und mindestens eines der weiteren Glieder (27) vom zweiten Element (2) abgehoben ist.

2. Spindeleinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Glieder von einem Druckmedium beaufschlagte, in je einem Zylinder (25) geführte Kolben (27) sind.

2

PATENTANSPRÜCHE

3. Spindeleinheit nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Zylinder (25) miteinander verbunden sind.

4. Spindeleinheit nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Zylinder (25) über einen Regler mit einem einstellbaren Druck beaufschlagt sind.

5. Spindeleinheit nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Kolben (27) gegenüber den Zylindern (25) ohne elastomere Dichtungen abgedichtet sind.

6. Spindeleinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Schwenklager (16) als sphärisches Wälzlager ausgebildet ist, und dass der Lagerkörper (2) gegenüber dem Gehäuse (15) durch ein Sicherungselement (20,21) gegen Verdrehen um die Wellenachse gesichert ist.

7. Spindeleinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass sie einen Fühler (35) enthält, der die Relativbewegung zwischen Gehäuse (15) und Lagerkörper (2) um das Schwenklager (16) misst.

8. Spindeleinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass sie einen im Lagerkörper (2) angeordneten Antriebsmotor (7) aufweist.

9. Vorrichtung zum Brechen der Kanten eines Werkstücks (42) umfassend mindestens eine Spindeleinheit (11) gemäss einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung einen programmgesteuerten Roboter (40) aufweist, mit welchem das Werkstück (42) relativ zum Werkzeug (6) programmiert verschiebbar ist.