CH675700A5

CH675700A5 -

Info

Publication number: CH675700A5
Application number: CH3958/87A
Authority: CH
Inventors: Anton Cerny
Original assignee: Anton Cerny
Priority date: 1987-10-05
Filing date: 1987-10-09
Publication date: 1990-10-31
Also published as: AT390023B; ATA252187A; US4868969A

Description

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Beschreibung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur automatisierten, allseitigen Bearbeitung von Werkstücken aus verschiedenartig geformten, stangenförmigen Profilen, wobei ein zu bearbeitendes Profil im Abstand vor dem zu bearbeitenden Ende zwischen vier verstellbaren Backen eingespannt und der herausragende Teil des Profils spanabhebend bearbeitet wird.

Die Erfindung liegt auf dem Gebiet der spanabhebenden Formgebung und findet insbesondere Einsatz bei der Herstellung von Teilen, vorwiegend durch Fräsbearbeitung an Stangenenden.

Durch die vorliegende Erfindung werden mehrere Probleme gleichzeitig gelöst:

1. Ein zu bearbeitender Teil - gleich welche Form er hat - braucht immer mindestens eine, meistens jedoch mehrere Flächen zum Auf- bzw. Einspannen, d.h. der Teil muss immer in einer bestimmten Lage fixiert sein, um ihn überhaupt den Kräften, welche durch eine spanende Bearbeitung entstehen, aussetzen zu können.

Die bisher gebräuchlichen Methoden lassen aber gerade die Bearbeitung dieser Flächen nicht zu, da die Spanneinrichtungen einer Bearbeitung hinderlich sind.

2. Will man dem in Punkt 1 geschilderten Nachteil ausweichen, so ist das Werkstück mit einer entsprechenden «Spannzugabe» in die Fertigungsmaschine einzubringen.

Beim gegenständlichen Verfahren fällt eine Spannzugabe praktisch weg, da von der Stange gearbeitet wird. Die damit gewonnene Materialeinsparung macht es häufig möglich, auf vorgegossene Teile zu verzichten und damit die Flexibilität und die Qualität der Fertigung zu erhöhen.

3. Das Verfahren ist unter flexible Fertigungsverfahren einzuordnen, da mit dem vorliegenden Verfahren unterschiedliche Profile bzw. Querschnittsformen ohne Umrüstaufwand verarbeitet werden können. Die Nachteile, jedesmal z.B. eine besonders für das jeweilige Profil hergestellte Sonderspannzange auszutauschen oder Sonderbacken wechseln zu müssen, um auf eine andere Querschnittsform umsteigen zu können, fallen er-findungsgemäss zur Gänze weg.

4. Zur Bearbeitung der sechsten Seite eines Würfels ist immer - selbst wenn von der Stange gearbeitet wird - eine Zwischenhandhabung des Teils -entweder zum Wenden oder zum Einlegen in eine andere Spannvorrichtung - notwendig. Diese wird in der Regel von Hand aus oder mittels Handhabungsgeräten (Roboter) vorgenommen.

Dieser Zwischenaufwand entfällt beim gegenständlichen Verfahren gänzlich, da das angearbeitete Werkstück noch vor dem vollständigen Abtrennen direkt in eine andere Spanneinrichtung zur Bearbeitung der sechsten Seite eingespannt wird.

5. Die Problematik der Entsorgung wird im allgemeinen ebenfalls durch Handhabungsgeräte gelöst. Beim gegenständlichen Verfahren ist dies nicht notwendig, da die ohnehin schwenkbare Zweitspannvorrichtung nur eine weitere Schwenkbewegung auszuführen braucht, um auf ein einfaches Transportband ablegen zu können.

Primär löst die Erfindung das Problem, Stangen unterschiedlicher Querschnittsformen direkt in den Fertigungsprozess einzubinden.

Stand der Technik ist es - vor allem bei Ausgangsmaterialien mit quadratischen Querschnitten -diese einem Materialfluss zu unterziehen, der gewöhnlich das Zerteilen von Stangen in Stücke und das Zwischenlagern der Stücke in irgendwelchen Behältern beinhaltet. Auch das Palettieren mit seinen Vor- und Nachteilen ist gebräuchlich, jedoch eher für vorgegossene Teile sinnvoll.

Das Aufarbeiten von Stangenmaterial direkt in der Fertigungsmaschine ist hauptsächlich für die Drehbearbeitung gebräuchlich. Zur Erzeugung der Schnittbewegung wird meist die ganze Stange in Rotation versetzt, während die Schneidwerkzeuge die Vorschubbewegung durchführen.

Auch ein gelegentliches Stillsetzen der Spindel (und damit des Werkstückes) und Anarbeiten von Flächen, Nuten usw. ist bekannt, doch beschränken sich diese Verfahren vor allem auf rotationssymmetrische Teile.

Werden Profile mit verschiedenem Querschnitt, z.B. Sechskant-, Vierkantprofile oder dgl. verarbeitet, so sind dazu jeweils genau zum Profil passende Spanneinsätze (Spannzangen) notwendig. Diese müssen in einer aufwendigen Umrüstarbeit gewechselt werden.

Das erfindungsgemässe Verfahren ist gekennzeichnet durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils des unabhängigen Patentanspruch 1.

Das Verfahren ermöglicht auch, das herausragende Ende des Profiles einer kompletten Bearbeitung zu unterziehen, wobei die Stange selbst schrittweise bzw. vorschubweise gedreht werden kann. Bei der Bearbeitung können länger herausragende Werkstücke zur Vermeidung von Vibrationen während der Bearbeitung zusätzlich entweder durch eine axialen Druck ausübende Pinole abgestützt werden und/oder durch eine zweite Spannvorrichtung gehalten werden.

Das erfindungsgemässe Verfahren ermöglicht weiter, dass vor dem gänzlichen Abtrennen des an fünf Seiten (des Würfels) bereits bearbeiteten Stangenendes eine, d.h. eben diese zweite Spannvorrichtung, welche zumindest zwei Backen aufweist, den Teil so ergreift, dass sich die Backen selbst an den angearbeiteten Flächen orientieren bzw. sich an diese anlegen, wobei es gleichgültig ist, ob die Berührungsflächen symmetrisch oder asymmetrisch zur Drehachse liegen.

Zumindest ein Verschieben (oder axiales (in Stangenrichtung) Entfernen von der Schnittfuge weg) -besser noch ein zusätzliches Verschwenken - des nunmehr abgetrennten Stangenendes (Werkstük-kes) kann erfindungsgemäss zur Bearbeitung der sechsten bzw. letzten noch unbearbeiteten Seite vorgesehen werden. Zur Entsorgung des fertig bearbeiteten Werkstückes ist ein weiteres Verschwenken der zweiten Spannvorrichtung vorgesehen, um den Teil z.B. auf ein Band, eine Rutsche o.a. abzulegen.

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Die beiliegenden Zeichnungen zeigen Beispiele, wie das erfindungsgemässe Verfahren an einem Bearbeitungszentrum in der Praxis realisiert werden kann. Fig. 1 zeigt die prinzipielle Anordnung möglicher bzw. nötiger Komponenten eines Bearbeitungszentrums und als Fertigungsbeispiel ein mit einem Getriebegehäuse eines Schneckengetriebes angearbeitetes Stangenende. Fig. 2 bis Fig. 4 zeigen die Draufsicht auf einen möglichen Aufbau einer das Verfahren anwendenden Maschine, wobei diese Figuren als Phasenbilder die einzelnen Schritte des Verfahrens erläutern sollen.

Fig. 5 zeigt teilweise schematisch eine mögliche Ausführungsform für die Hauptspannvorrichtung.

Fig. 6 zeigt ein Ausführungsbeispiel der zweiten Spannvorrichtung, welche selbstorientierbare Backen hat.

Die Fig. 7 bis 12 zeigen Möglichkeiten für das Spannen und Verarbeiten verschiedenartiger Profile.

Fig. 13 zeigt eine weitere mögliche Ausführungsform der vier Backen.

Die Pfeile in den Figuren geben die jeweiligen Bewegungsfreiheiten (Freiheitsgrade) an, wobei die schwarzen Pfeilspitzen (Fig. 1) die Hauptrichtungen und die weissen Pfeilspitzen hauptsächlich Einstellbzw. Rückstellbewegungen angeben.

Das Ausgangsmaterial 6 ist in Fig. 1 beispielsweise von rechteckigem Querschnitt. Das an einem Ende angearbeitete Werkstück 10 ist beispielsweise ein Gehäuse für ein Schneckengetriebe.

Das Beispiel wurde deshalb gewählt, da ein derartiger Teil mit konventionellen Verfahren nach dem Stand der Technik nur nach sehr umfangreichem Umspannaufwand herstellbar ist. Zudem sind in der Praxis auf den Teil zurechtgeschnittene Spannvorrichtungen notwendig.

Das Ausgangsmaterial 6 (hier ein rechteckiger Aluminiumquerschnitt) wird mit einem Ende durch den im vorliegenden Fall rechteckigen Querschnitt besitzenden Tunnel 21 geschoben.

Die breiten Backen 2 und 3 sind im Grundkörper 1 geführt und werden zwangsweise symmetrisch zur Mittelachse bewegt (bzw. von dieser wegbewegt), d.h. sie spannen zentrisch.

Fig. 5 zeigt wie z.B. eine hydraulische Spannvorrichtung arbeiten könnte.

Die Backen 4 und 5 sind im vorliegenden Beispiel schmal ausgeführt und zentrieren das Werkstück an seiner Schmalseite. Um verschiedenartig geformte Querschnitte verarbeiten bzw. zentrieren zu können, spannen diese im rechten Winkel zu den breiten Backen 2 und 3 angeordneten schmalen Backen 4 und 5 zwar ebenso zentrisch, jedoch unabhängig von den breiten Backen 2 und 3.

In der Praxis wird man den Spanndruck der breiten Backen 2 und 3 erst nach dem erfolgten Zentrieren durch die schmalen Backen 4 und 5 bis auf das erforderliche Mass erhöhen, so dass eine Lageverschiebung innerhalb der breiten Backen 2 und 3 noch beim leichten Anliegen derselben erfolgen kann, wobei das Material 6 in der Ebene der schmalen Backen 4 und 5 zentriert wird.

Das andere Ende des Ausgangsmaterials ist hier im Beispiel durch einen Zapfen 8 abgestützt. Es wären auch andere Abstützvorrichtungen denkbar, wie z.B. aufsetzbare Kupplungen (für Eisenwerkstoffe auch Magnetkupplungen) o.ä. Selbst das Aufschweissen eines Stützzapfens wäre möglich, jedoch erscheint das Einbringen einer kleinen Bohrung für den Zapfen 8 in die Stirnseite des anderen Endes der Stange als der einfachste und gangbarste Weg, zumal dies auf der selben Maschine bewerkstelligt werden kann - es braucht zuerst nur das andere Ende des Profils durch den Tunnel in die Maschine geschoben werden und eine entsprechende Programmroutine abgerufen werden -, das übrige wird von der Maschine automatisch vollzogen, wenn die Maschine CNC-gesteuert ist.

Der Abstützzapfen 8 ist zweckmässigerweise als Spreizdorn ausgeführt und in der Nachschubstange 7 drehbar gelagert. Die Nachschubeinrichtung 9 bewirkt bei spanndruckentlasteten Backen 2-5 ein Vorrücken des Ausgangsmaterials 6.

Die Bearbeitung des Stangenendes 10 wird überwiegend eine Fräsbearbeitung sein. Als Werkzeug 13 ist in Fig. 1 und 2 ein Fräser - in Fig. 3 und 4 ein Bohrwerkzeug dargestellt.

Die Werkzeuge sind automatisch austauschbar und können direkt aus einem Speicherrad 41 entnommen und wieder abgelegt werden.

Es können auch Drehbearbeitungen vorgenommen werden. Selbst das Herstellen von Stirnrädern und Schneckenrädern durch Wälzfräsen ist möglich. Zu diesem Zweck wird als Werkzeug 13 ein Wälzfräser eingesetzt und Trägerkörper 1 für die Backen 2-5 bzw. das Profil 6 in zähnezahlsynchro-ne Drehzahl in bezug auf den Fräser 13 versetzt, wobei wie üblich die Schnittbewegung und die Vorschubbewegung durch das Werkzeug 13 ausgeführt werden. Deshalb hat das Werkzeug 13 auch Freiheitsgrade in allen drei Hauptachsen X, Y, Z. Ausserdem ist es um eine Achse 0 verschwenkbar und hat - um Bohrungen in beliebigen Winkeln ausführen zu können - noch eine(n) zusätzlichen Freiheitsgrad bzw. Verschiebemöglichkeit Z' längs der Frässpindelachse.

Ist die Bearbeitung an allen fünf Seiten erfolgt, dann verfährt der Spindelstock 18 mit der zweiten Spannvorrichtung 14 mit den Backen 15 und 16 in den Griffbereich des halbfertigen Werkstückes 10. Die Backen 15 und 16 legen sich nacheinander oder gleichzeitig an das angearbeitete Werkstück 10. Es ist dabei nicht nötig, dass die Spannflächen am Werkstück gleichen Abstand zur Symmetrieachse (Drehachse) haben - auch asymmetrisch angearbeitete Flächen eignen sich als Spannflächen, da sich die Backen 15 und 16 ihre Spannlage selbst suchen, d.h. sich am Werkstück orientieren.

Wie eine derartige Einrichtung z.B. hydraulisch verwirklicht werden kann, zeigt das Funktionsschema Fig. 6.

Auf dem Trägerkörper 14 sind die Backen 15 und 16 (z.B. in T-Nuten) zum Zentrum hin (bzw. von diesem weg) verschiebbar angeordnet. Jede Backe hat für sich einen eigenen Zylinder 59 und 60. Der jeweils zugehörige Kolben 61 und 62 ist über Widerlager 67 und 68 an den jeweiligen Kolbenstangen 63 und 64 mit dem Grundkörper 14 fest verbunden.

Die Kolbenstangen sind hohl (rohrförmig) ausge5

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führt; koaxial um die Kolbenstangen 63 und 64 sind Druckfedern 65 und 66 zum Rückholen der Backen 15 und 16 bei Druckentlastung vorgesehen und greifen über Stützringe 69 und 70 an der vom Zentrum abgewendeten Seite an den Backen an.

Erfolgt nun eine Druckbeaufschlagung in Pfeilrichtung 76, so pflanzt sich der Druck-über eine Rohrleitung 75 und eine Verzweigung 74 zu den Zylindern über die Rohrleitungen oder Kanäle 71 und 72 und ein Ventil 73 fort.

Beide Backen (sieht man von unterschiedlichen Reibungsverhältnissen ab) setzen sich nun in Richtung des Zentrums des Körpers 14 in Bewegung, da das Volumen der Zylinder 59 und 60 vergrössert (gefüllt) wird. Diejenige Backe, welche als erste an einer Spannfläche anliegt, bleibt stehen, während die andere Backe sich solange noch zum Zentrum bewegt, bis auch diese auf Widerstand stösst. Hat nun der Druck seinen für die Haltekraft erforderlichen Maximalwert, so wird das Ventil 73 abgesperrt, womit man nachträglich unerwünschte «Schwimmbewegungen» der Backen verhindert.

Die Pinole 17 ist dabei in den Trägerkörper 14 eingezogen; sie dient in der Regel als Abstützung länger herausragender (also nicht mehr «fliegend» zu bearbeitender) Werkstücke (Fig. 2). Auch als Auswerfer ist die Pinole 17 verwendbar, z.B. bei der Ablage des Werkstückes auf ein Band 20 (Fig. 4).

Um Schwingungen, die bei der Bearbeitung lange herausragender Werkstücke entstehen, zu vermeiden, kann ein zusätzlicher axialer Spanndruck auf die Stirnseite des Werkstückes (des herausragenden Profilendes) ausgeübt werden. Zu diesem Zweck kann die Pinole 17 an ihrer Stirnseite verschiedene Aufsätze tragen. Dazu sind geriefte Platten, Körnerspitzen (Fig. 1) oderdgl. denkbar.

Dasselbe trifft auch für alle Backen zu, die zur Steigerung der Reibung geriefelt sein können. Auch kann auf den Backen 15 und 16 der zweiten Spannvorrichtung 14 ein prismatischer Aufsatz verwendet werden, wenn z.B. zylindrische Zapfen gespannt werden müssen.

Auch kann das Backenpaar 15 und 16 um ein weiteres Paar, welches im rechten Winkel zu diesem steht und ebenfalls gemäss Fig. 6 selbstorientierend arbeitet, erweitert werden.

Wenn das angearbeitete Ende 10 in die weitere Spannvorrichtung 14 eingespannt ist, kann die Trenneinrichtung bzw. Abschneideeinrichtung aktiviert werden. Die Abschneideeinrichtung ist beispielsweise als Kreissäge 19 dargestellt; es ist aber auch die Verwendung anderer Abschneidevorrichtungen wie Bandsäge, Stichsäge, Bügelsäge, und anderer Arten von Trennmitteln bis hin zu Laserschneidegeräten denkbar.

Für sämtliche Trenneinrichtungen wäre es nicht nötig eine Schnitttiefe über das Zentrum hinaus erreichen zu können, da das Werkstück 6 und 10 während des Trennens gedreht werden kann.

Eine Abstech-Dreh-Operation scheint dagegen jedoch schwerer verwirklichbar, da ausser der massiven Spannvorrichtung das ganze Profil 6 in schnellere Drehung versetzt werden müsste. Ausserdem sind die Abstechdrehoperationen z.B. bei Flachprofilen infolge der auftretenden Schwingungen - hervorgerufen durch den unterbrochenen Schnitt - fast nicht verwirklichbar.

Ist das Werkstück 10 vom Ausgangsmaterial 6 abgetrennt, so kann der Spindelstock 18 zurückgesetzt und gleichzeitig um 90° geschwenkt werden. Es würde in manchen Fällen ausreichen, wenn das Werkstück lediglich axial aus der Schnittfuge verfahren wird, denn bereits hier kann eine Bearbeitung der Schnittflächenrückseite erfolgen.

Jedoch ist einer zusätzlichen 90° Schwenkbewegung und Zurücksetzung des Spindelstockes 18 im rechten Winkel zur Drehachse des Frästisches 1, entlang den Führungen 32 und 33, der Vorzug zu geben, da damit eine verbesserte Zugänglichkeit und damit Bearbeitbarkeit der Schnittflächenrückseite erreicht wird. Zu diesem Zweck ist der Spindelstock 18 drehbar auf einem Kreuzschlitten angeordnet.

Der Kreuzschlitten umfasst einen Unterteil 34, welcher als Schlitten auf Führungen 32 und 33 eines Betteiles 29 lagert. Senkrecht zu diesen Führungen ist auf dem Unterteil 34 ein Querbett 35 befestigt. Dieses Querbett 35 trägt Führungen 36, auf denen Schlitten 37 gleiten.

Gemäss Fig. 3 weicht der Schlitten 34 in seine äusserste Position (nach unten in Fig. 3) bzw. jedenfalls weit genug nach hinten. Durch die 90°-Schwenkbewegung vom Spindelstock 18 ist jetzt die sechste Seite zur Bearbeitung gut zugänglich.

Die sechste Seite kann auch eine Drehbearbeitung sein. Die Spannvorrichtung 14 wird in der Regel kleiner ausgeführt sein als der Frästisch 1 -auch ist jetzt nicht mehr eine ganze Profilstange in schnelle Rotation zu versetzen.

Sieht man von Einsatzfällen mit exzentrisch angearbeiteten Rächen ab, so wird sich das Werkstück 10 in zentrierter Lage zur Drehachse der Spannvorrichtung befinden und deshalb kaum störende Unwuchtskräfte erzeugen, wodurch eine, für die Drehbearbeitung ausreichende, Schnittgeschwindigkeit erzielbar scheint.

In den meisten Fällen wird aber eine Fräs- bzw. Bohrbearbeitung der sechsten Seite bei arretierter Spannvorrichtung 14 Anwendung finden.

Ist diese Bearbeitung beendet, so kann der Spindelstock 18 eine weitere 90°-Schwenkbewegung (Fig. 4) ausführen und durch einfaches Öffnen der Backen 15 und 16 das fertige Werkstück, z.B. auf das Band 20, ablegen.

Zu erwähnen ist, dass die Entsorgung auch anders ablaufen kann, z.B. kann bereits in Position nach Fig. 3 mit einem Handhabungsgerät entsorgt werden. Auch Handeingriffe sind denkbar, ebenso das Ablegen in eine Rutsche.

In Fig. 4 ist auch bereits die Materialvorschubeinrichtung 9 in Aktion getreten und hat das Ausgangsmaterial 6 um eine Werkstücklänge (10) plus Bearbeitungszugabe und Schnittbreite vorgerückt. Es sei noch zu erwähnen, dass bei lange herausragenden Werkstücken z.B. die Stirnseite im Folgeschrittverfahren bereits nach dem Abtrennen und noch vor dem Vorrücken des Ausgangsmaterials 6 bearbeitet werden kann. Hier ist jedoch die äussere Werkstoffbeschaffenheit (Geradheit bzw. Oberfläche der Stange) des Ausgangsmaterials 6 und die

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erforderliche Präzision, mit der das Werkstück gefertigt werden soll, von Bedeutung, da sich z.B. Verlegungen direkt auf die Genauigkeit des zu fertigenden Teils auswirken. Es sind zentrische Lageveränderungen des angearbeiteten Teils nach dem Vorrücken der Stange und erneutem Spannen an einer anderen Stelle, möglich.

Die Materialvorschubeinrichtung 9 ist an einer parallel zur Drehachse liegenden Führung 40 geführt. Will man das Vorrücken der Stangen 6 nicht mit einem Anschlag begrenzen, so empfiehlt es sich, diese Einrichtung mit einem gesteuerten Antrieb auszurüsten. Die Nachschubstange 7 wird man jedenfalls mindestens so lange ausführen, dass ein genügend tiefes Eintauchen in den Tunnel 21 gegeben ist, um die unverarbeitbaren Reststücke so klein wie möglich zu halten.

Der weitere Aufbau einer das Verfahren verwirklichenden Maschine sei anhand der Figuren im folgenden erklärt.

Zweckmässig ist es, einen entsprechend stabilen Grundrahmen, eine Grundplatte bzw. ein Grundgestell 43 zu schaffen (Fig. 2-4). Auf diesem Grundgestell 43 sind ein doppeltes Führungsbett 29 und 29a und der Spindelstock 22 aufgebaut. Der Spindelstock 22 kann z.B. zu Justierzwecken verschiebbar ausgeführt werden.

Der Spindelstock 22 kann den Futterkörper bzw. Frästisch 1 entweder über einen Kugel- oder Roll-körperdrehkranz lagern oder der Körper 1 ist auf einer Spindel befestigt, welche dann üblicherweise zumindest an zwei Stellen gelagert ist. Die Spindel muss dann allerdings eine Fortsetzung des Tunnels 21 beinhalten. Auch ist die Spindel mit einem Zahnrad, Schneckenrad oder sonstigen Antriebsmitteln zu versehen. Auf eine spielfreie Kraftübertragung ist Wert zu legen, wenn nicht nur mit jeweils schrittweiser Arretierung gearbeitet werden soll.

Der drehbare Frästisch 1 (auch Futterkörper bzw. Spannvorrichtungskörper 1) wird zweckmässigerweise mit kreuzweisen T-Nuten versehen. Führt man die Spannvorrichtung hydraulisch aus (gemäss Fig. 5), so lassen sich bei den breiten Backen 2 und 3 die Zylinderbohrungen 11 und 11a (11 auch in Fig. 1 sichtbar) in den verbreiterten Steg der Doppel-T-förmigen Backen einarbeiten. Bei den schmalen Backen ist ebenfalls die Einbringung eines ausreichend grossen Hydraulikzylinders möglich. Der Flansch der Backen 4 und 5 kann z.B. so verbreitert werden, dass daraus ein Zylinder 58 und 58a mit quadratischer Aussenkontur gebildet werden kann.

Als Befestigung für die Kolbenstangen dienen dann die Widerlager 12 und 12a, welche als Winkelstücke (Rohrknie) ausgeführt, in die T-Nut eingesetzt sind. Die Ausführung als Winkelstück mit quaderförmiger Aussenkontur bietet den Vorteil, die Hydraulikleitungen noch innerhalb der zylindrischen Aussenform des Futterkörpers 1 führen zu können. Selbstverständlich sind auch bei den breiten Backen 2 und 3 Widerlager 49 und 49a vorgesehen, welche in Fig. 1 aber aus Gründen der Sichtfreigabe weggelassen wurden.

Über diese Widerlager 49 und 49a sind die Enden der Kolbenstangen 46 und 46a fest mit dem

Frästisch 1 bzw. Futterkörper verbunden. Die Kolbenstangen sind rohrförmig ausgeführt und haben am anderen Ende Kolben 45 und 45a, die den Zylinderraum abdichten.

Die Zylinder 11 und 11 a sind einfach wirkend (wie auch in Fig. 6), da die Werkstücke (6 und 10) praktisch immer von aussen gespannt werden können.

Die Rückstellung der Backen erfolgt mittels Schraubenfedern 47 und 47a, welche als Druckfedern sich einseitig an den Kolben 45 und 45a abstützen und die Rückstellbewegung der Backen 2 und 3 über fest mit ihnen verbundenen Stützringe 48 und 48a einleiten.

Um eine Synchronisation zweier gegenüberliegender Backen zu erreichen, müssen jeweils in beide Zylinder 11 und 11a gleichzeitig gleiche Flüssigkeitsmengen gepresst werden. Dies kann z.B. dadurch erfolgen, dass (Fig. 5) zwei Plungerkolben 52 und 52a mit einem Joch 55 verbunden sind und daher nur gleichzeitig Bewegungen ausführen können.

Die Plungerkolben 52 und 52a sind in ihrer äus-sersten zurückgestellten Lage dargestellt - die Backen 2 und 3 sind am weitesten geöffnet. Wird nun an der Zugstange 56 eine Bewegung in Pfeilrichtung eingeleitet, so sperren die Kolben 52 und 52a zunächst gleichzeitig, in der Art eines Schiebers, die Öffnungen der beiden zu dem Vorratsbehälter 54 führenden Kanäle 53 und 53a. Jede weitere Bewegung der beiden Kolben 52 und 52a führt jetzt zu einer gleichzeitigen Bewegung der Backen 2 und 3 - dem Kolbenflächenverhältnis entsprechend in Richtung Zentrum. Zweckmässigerweise wird man als Vorratsgefäss 54 einen Membranbehälter einsetzen, da dieser den atmosphärischen Kontakt mit dem flüssigen Medium unterbindet. Dies ist besonders sinnvoll, da diese Synchronisationseinrichtung zweckmässigerweise mit dem Frästisch 1 (z.B. an dessen Rückseite) verbunden sein kann und daher mitgedreht wird. Zur Einleitung der Zugkraft in die Zugstange 56 ist jede erdenkliche Aktorik möglich - es wird aber ein Stellantrieb sinnvoll sein, um die Backen definiert öffnen zu können.

Selbstverständlich können die Backen auch durch übliche hydraulische Gleichlaufsteuerventile synchronisiert werden.

Fig. 5 zeigt nur eine der möglichen Lösungen. Auch mechanische Backenbetätigungen lassen sich realisieren. Jedoch erfordert das sichere Einspannen ganzer Stangen sehr hohe Spannkräfte, welche am günstigsten hydraulisch zu erreichen sind.

Auch ist zu bedenken, dass die jeweils gegenüberliegenden Backen (2 und 3 sowie 4 und 5) unabhängige Selbstzentrierfunktion haben müssen, weshalb z.B. durchgehende, beide Backen gleichzeitig betätigende bzw. verschiebende Gewindespindeln, die am ehesten die Spannkraft aufbringen könnten, wegen des mittigen Tunnels keine so einfache Lösung wie die gezeigte bringen. Wegen der Unabhängigkeit der jeweiligen Backenpaare scheiden auch herkömmliche Planspiraltriebe aus. Diese wären auch wegen der hohen Hertzschen Pressung einem zu schnellen Verschleiss unterworfen.

Die Übertragung hydraulischer Energieflüsse zum rotierenden Frästisch wird üblicherweise mit an sich bekannnten Mehrfachdrehdurchführungen zu

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bewerkstelligen sein; ebenso können Schleifringkörper elektrische Energie oder Signale übertragen. Da der Vorgang des Einspannens sowie der umgekehrte Vorgang jedoch in der Regel nicht während der Drehbewegung, d.h. also bei stillstehendem Frästisch 1 ausgeführt wird, ist es denkbar, Energieflüsse - gleich welcher Art (ob mechanisch, hydraulisch, elektrisch usw.) - durch Koppelung in dieser Stillstandsphase zu übertragen, um eine Backenbewegung zu erzielen und z.B. dann in der jeweiligen Stellung zu arretieren.^ Dasselbe gilt natürlich auch für eine eventuelle Übertragung allfälliger Sensor- oder Lage-Mess-Signale. Es wäre zum Zwecke allerhöchster Synchronizitätsgenauigkeit durchaus denkbar, den Gleichlauf der Backen mit Wegemessystemen zu überwachen.

Auch ergibt der Umstand, dass jeweils nur in der Stillstandsphase des Frästisches Aktivitäten zu setzen sind, dass auch die Synchronisationseinrichtungen zur gegenparallelen Backenbewegung nicht zwangsläufig mitrotieren müssen, sondern jeweils in eben dieser Stillstandsphase gekoppelt werden können und vor dem Einsetzen der Rotation entkoppelt werden.

Die Arbeitsspindel 23, welche das Werkzeug 13 aufnimmt, ist zusätzlich auf Führungen 42 axial verschiebbar. Diese Achse wird mit Z' bezeichnet.

Auf der anderen Bettseite auf den gleichen Führungen, auf denen auch der Kreuzschlitten 27 lagert, jedoch nur auf den Führungen 30 und 31, ist ein weiterer Kreuzschlitten 38 gelagert, welcher quer zu den Führungen 30 und 31 verschiebbar ist und eine Kreissägeeinrichtung 39 mit einem Sägeblatt 19 trägt.

Es ist von Vorteil, das Lager 44 des Sägeblattes 19 möglichst kurz zu gestalten, da zwischen den beiden Spannvorrichtungen 1 und 14 gearbeitet werden muss. Die Säge 19 selbst braucht jedenfalls nur bis zum Rotationszentrum vordringen zu können, da das Werkstück gedreht werden kann.

Auf der anderen Betthälfte 29, auf den Führungen 32 und 33, ist der Kreuzschlitten 34 gelagert. Die Teile sind bereits im Zuge der Funktionsbeschreibung beschrieben.

Fig. 7 zeigt, wie ein kleiner quadratischer Querschnitt 6 gespannt wird.

Die schmalen Backen 4 und 5 sind dabei tief in den Bereich der breiten Backen 2 und 3 einführbar. Die kleinstmögliche Höhe des Profiles 6 wird hier durch die Breite des schmalen Backenpaares 4 und 5 festgelegt.

Fig. 8 zeigt die Unabhängigkeit der jeweils zentrisch spannenden Backenpaare. Die breiten Backen 2 und 3 sind dabei nur wenig vom Zentrum entfernt, während die schmalen Backen 4 und 5 bereits grösste Öffnung aufweisen.

Fig. 9 zeigt ein grosses quadratisches Profil 6; die beiden Backenpaare sind gleich weit vom Zentrum entfernt.

Fig. 10 zeigt einen zylindrischen Querschnitt 6; infolge der Rotationssymmetrie sind auch hier beide Backenpaare gleich weit vom Zentrum 85 entfernt.

Fig. 11 zeigt, wie ein Sechskantprofil gespannt wird. Die Backenpaare sind unterschiedlich weit vom Zentrum entfernt.

Fig. 12 veranschaulicht die vielfältigen Möglichkeiten des Einsatzes des erfindungsgemässen Verfahrens. Ein Breitflanschstahl kann z.B. zur Stirnseitenbearbeitung, zur Lochung und zum Abtrennen mit einer das erfindungsgemässe Verfahren anwendenden Maschine verarbeitet werden.

Durch die unabhängige zentrische Ausrichtung ist jedes nur erdenkliche Profil spannbar und verarbeitbar.

In jedem Falle wird das Ausrichten insbesondere symmetrischer Profile derart erfolgen, dass der Schnittpunkt 85 der Diagonalen eines dem Profil umschriebenen Rechteckes oder Quadrates immer in der Drehachse des drehbaren Frästisches 1 zu liegen kommt. In Fig. 11 ist ein Sechskant-Profil mit einem imaginären um das Profil 6 herumgebildeten Rechteck 84 dargestellt. Der Schnittpunkt der Diagonalen 83 dieses Rechteckes 84 liegt erfindungs-gemäss im Zentrum 85 (bzw. in der Drehachse 85) des Frästisches 1.

In gleicher Weise lässt sich die Lage aller übrigen insbesondere symmetrischen Profile durch imaginäre Rechtecke oder Quadrate definieren - der Schnittpunkt der gebildeten Diagonalen liegt im Zentrum 85 des Frästisches 1.

Gleichzeitig wird eine hohe Flexibilität in der Produktion erzielt, da Programme von wiederkehrenden Teilen infolge der CNC-Steuerungstechnik abgespeichert werden können.

Es ist nur jeweils das für das herzustellende Werkstück erforderliche Ausgangsmaterial 6 einzulegen; allenfalls sind Werkzeuge 13 im Speicherrad 41 zu ergänzen.

Es sind keine wie immer gearteten Paletten anzufertigen; damit fällt auch kein Montageaufwand an.

Der Materialfluss wird ebenfalls vereinfacht.

In Fig. 13 ist eine weitere Ausführungsform der Spannbacken dargestellt.

Die Backenpaare liegen dabei in verschiedenen Ebenen zueinander und erlauben dadurch ein lamellenartiges Ineinandergreifen. Der Vorteil dieser Anordnung liegt vor allem darin, dass ebene Profile nicht nur über die ganze Profilbreite, sondern auch über die ganze Profilhöhe gespannt werden können.

Weiters ist eine Begrenzung der kleinsten zu verarbeitenden Profile dann nicht mehr durch - zwischen breite Backen eingeführte schmale Backen -gegeben, wenn die Haltestege 79, 81 soweit zurückversetzt (oder ganz weggelassen) werden, dass eine Schliessung beider Backenpaare auf Null, d.h. in der Drehachse möglich ist.

Die Backen in Fig. 13 sind alternierend zu Fig. 1 jeweils mit derselben Bezugsziffer, jedoch mit nachfolgendem a, bezeichnet. Sieht man die Backen 2a und 3a entsprechend dem breiten Backenpaar 2 und 3 aus Fig. 1, so kommt den Backen 4a und 5a die Funktion der schmalen Backen gemäss Fig. 1 zu.

Während die Backen 2a und 3a jeweils drei Lamellen 80 mit je drei rechteckigen Spannflächen aufweisen, von denen nur die Spannflächen 77, 77a und 77b sichtbar sind, weisen die Backen 4a und 5a jeweils zwei Lamellen bzw. Spannbackenteile mit Spannflächen 82 auf.

Da die Stege 79 derselben (hier in der Zeichnung) nicht zurückversetzt sind, bilden die Flächen 78

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und 78a eine H-artige Form. Die Stege 79 würden somit die gleiche begrenzende Wirkung zeigen wie die schmalen Backen 4 und 5 aus Fig. 1. Die Stege 79 können jedoch auch weggelassen werden, so dass sie ein Zusammenführen der Flächen 77, 77a nicht behindern.

Die Zahl der Lamellen 80, 82 ist nicht vorgegeben oder beschränkt.

Theoretisch würde je Backe eine Lamelle genügen. Jedoch wird man in der Praxis die Spannlänge entlang der Profiliänge möglichst gross wählen, damit eine saubere Fluchtung der eingespannten Profile zur Drehachse gewährleistet ist, weshalb man eine grössere Anzahl von Lamellen vorsehen wird.

Um ein sauberes Anliegen, insbesondere breit ausgeführter Backen auch an geringfügig unparallelen Profilen zu gewährleisten, besteht die Möglichkeit, jeweils nur eine Spannfläche einer Backe eines breiten Backenpaares sauber eben auszuführen, die gegenüberliegenden dagegen mit einer leichten Wölbung.

Dies würde zweifelsohne geringfügige Paralleii-tätsfehler in den Profilen ausgleichen. Gleichzeitig erkauft man sich jedoch den Nachteil, dass der Spanndruck dieser gewölbten Backe meist nur in der Mitte greift, wodurch die Schwingungsanfälligkeit des herausragenden Profilteiles erhöht wird.

Es wäre sinnvoll, die breiten Backen eben auszuführen und eine geringfügige Gelenkigkeit durch ein entsprechendes seitliches Spiel in zumindest jeweils einer Backenführung eines Paares anzustreben.

Noch vorteilhafter ist es, wenn man den Steg und/oder den Flansch, welcher die Backe in der T-Nut führt, nicht mit parallelen Flächen versieht, sondern mit leicht gewölbten, an den Enden schmäler werdenden Flächen in der Form eines Schiffchens ausführt. Die geringfügigen Lageveränderungen des in der Backe integrierten Zylinders werden normalerweise durch die elastischen Dichtungssätze überbrückt bzw. ausgeglichen.

Auf diese Art ist ein sicheres Spannen über die ganze Profilbreite gewährleistet.

Der Frästisch 1a bzw. Futterkörper ist nur andeutungsweise dargestellt; selbstverständlich weist auch er einen mittigen Tunnel auf. Es sei noch zu erwähnen, dass der Tunnel in allen Fällen beliebige Form haben kann.

Der Tunnel kann ebenso kreisrund wie auch oval ausgeführt werden. Einer quadratischen bzw. rechteckigen Form wird man jedoch den Vorzug geben, da überwiegend derartige Profile zur Verarbeitung gelangen, wodurch eine bessere Einlenkung dieser Profile zu den Backen gegeben ist.

Eine mechanische bzw. elektromechanische Backenbetätigung Nesse sich auch z.B. in der Weise verwirklichen, dass ähnlich wie es bei der hydraulischen Version möglich ist, die Synchronisations- und Antriebseinrichtungen der Backen jeweils nur im Stillstand des Frästisches gekoppelt werden und zwar z.B. über Kupplungen oder Zahnräder oder Druckplatten, Zug- bzw. Druckstössel usw., welche jeweils in einer bestimmten Stellung zur gleichzeitigen synchronen Backenbetätigung in Eingriff gebracht werden. Die Kupplungen könnten z.B. als Wellenkupplung ausgeführt drehsteif mit vier Spindeln verbunden sein, welchen jeweils einzelne Backen zugeordnet sind. Sind die Spindeln mit gleichseitiger Gängigkeit, so müssen die gekuppelten Synchronantriebe je Backenpaar eine gegenläufige Drehrichtung bzw. gegenläufigen Drehsinn haben. Dementsprechend haben gegenseitiggängige (links- und rechtsgängige) Spindeln gleichen Drehsinn - gleiche Drehrichtung. Jedoch müssten durchgehend ausgeführte in verschiedenen Ebenen liegende Spindeln, welche jeweils ein Backenpaar mittels Links- und Rechtsgewinde betätigen, seitlich ausserhalb des Tunnelbereichs angeordnet sein; deshalb entstünde ein exzentrischer Kraftangriff an den Backen, woraus Verkantungskräfte an den Backenführungen resultieren. Eine Abhilfe wären paarweise über Stirnräder verbundene Spindeln, welche zu beiden Seiten an den Backen einen Kraftangriff erzeugen und damit den Tunnel für seinen Zweck freigeben. Auch seitliche dem Tunnel ausweichende Synchronwellen, welche über Zahnräder mit den Spindeln verbunden sind, wären möglich - auch diese müssten je Backenpaar in verschiedenen Ebenen angeordnet sein, da sie sich kreuzen. Dies nur zur Erklärung der Möglichkeiten mechanischer bzw. elektromotorischer (elektromechanischer) Backenbetätigungen.

In den Figuren ist ein Beispiel mit horizontaler Hauptachse 85 gezeigt. Es liesse sich jedoch das Verfahren auch mit einer vertikalen Drehachse 85 verwirklichen; hierbei würde Stangenmaterial von unten her dem Tunnel 21 zugeführt. Eine AbStützung der Profilenden wäre zwar einfacher auszuführen, jedoch könnte eine derartige Anlage nur kurze Stücke bzw. kurze Profillängen verarbeiten, wenn man nicht eine Anlage bauen will, welche über Stockwerke zu beschicken ist.

Auch die Lage der Arbeitsspindel 23 und der Führungen in den Beispielen ist nicht zwingend vorgeschrieben. Es könnten Schrägbettführungen genauso gut wie Senkrechtschlittenführungen verwirklicht werden. Die Beispiele wurden gewählt, da sie die Vorzüge des günstigeren Spänefalles bei waagrechter Bohr- und Fräsbearbeitung mit sich bringen

Claims

Patentansprüche

1. Verfahren zur automatisierten allseitigen Bearbeitung von Werkstücken aus verschiedenartig geformten, stangenförmigen Profilen, wobei ein zu bearbeitendes Profil im Abstand vor dem zu bearbeitenden Ende zwischen vier verstellbaren Backen eingespannt und der herausragende Teil des Profils spanabhebend bearbeitet wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Profil (6) durch einen zur Drehachse (85) zentrischen Tunnel (21) im Backenträger (1) zwischen die Klemmflächen der Backen (2, 3, 4, 5) geschoben wird und durch zwei erste einander gegenüberliegende, synchron zentrisch spannende Backen (2 und 3) in einer ersten Ebene und dadurch unabhängig von diesen ersten Backen (2, 3) durch zwei weitere einander gegenüberliegende synchron zentrische spannende Backen (4 und 5) in einer zweiten, zur ersten Ebene senkrechten Ebene ausgerichtet wird, so dass der Schnittpunkt der Diago-

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nalen (83, Fig. 11) eines imaginären, dem Profil umschriebenen Rechteckes oder Quadrates (84, Fig. 11) immer in der Drehachse (85) des drehbaren Backenträgers zu liegen kommt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zu bearbeitenden Profile wenigstens an zwei gegenüberliegenden Seiten in Backen eingespannt werden, deren Breite zumindest der Profilbreite entspricht.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der bearbeitete Profilabschnitt durch eine die Schnittenergie selbst bereitstellende Trenn- bzw. Schneideinrichtung vom übrigen Profil abgetrennt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Backenträger (1) als Frästisch ausgebildet ist und nach dem Bearbeiten eines Profils (10) das Werkstück von einer dem Frästisch (1) gegenüberliegenden, drehbaren, gegebenenfalls angetriebenen, vorzugsweise mit der Drehachse (85) mit dem Frästisch (1) in Fluchtung gebrachten Spannvorrichtung (14) an mindestens zwei Flächen ergriffen und gehalten wird, wobei sich die Backen bei allfälliger asymmetrischer Lage der Flächen an eben diesen Flächen orientieren und dadurch das Werkstück während des Spannens in der zur Drehachse (85) des Frästisches (1) definierten Lage verbleibt.

5. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Werkstück während des Abtrennens vom Stangenprofil von der Spannvorrichtung (14) gehalten wird, wobei allfällige Drehbewegungen des Werkstückes von der Spannvorrichtung (14) mitvollzogen werden.

6. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass zur Allseitenbearbeitung, insbesondere zur Bearbeitung der Schnittflächenrückseite, das abgetrennte von der Spannvorrichtung (14) gehaltene Werkstück zumindest axial von der Schnittfuge weg mit der Spannvorrichtung (14) verfahren wird.

7. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass zur besseren Zugänglichkeit der Schnittflächenrückseite (sechste Seite) für eine Bearbeitung das Werkstück mit der Spannvorrichtung (14) vorzugsweise um 90° verschwenkt wird und gegebenenfalls in Richtung der nunmehr verschwenkten Drehachse der Spannvorrichtung (14) zurückweichend verfahren wird.

8. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erzeugung einer rotatorischen Vorschubbewegung das Werkstück (6, 10) gemeinsam mit dem Frästisch (1) gedreht wird oder dass zur Bearbeitung von in beliebigen Winkeln zueinander stehenden Flächen, Ausnehmungen, Bohrungen usw. das Werkstück in beliebig arretierbaren Winkelschritten gedreht wird.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass zur Fertigung von Zahnrädern, Schneckenrädern und Schnecken, direkt von stan-genförmigen Profilen die rotatorische Vorschubbewegung des Werkstückes in gangzahl- bzw. zähne-zahlabhängiger Synchronisationsdrehung zur Frässpindel oder umgekehrt erfolgt.

10. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Schnitt der Schneideinrichtung nur bis zur Mitte des Werkstückes ausgeführt wird, wobei das Werkstück schrittweise und/oder vorschubweise gedreht wird.

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