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Die Erfindung betrifft eine Werkzeugmaschine,
insbesondere eine Mehrstationenschleifmaschine zum Herstellen von
Bohrern und ähnlichen,
langgestreckten Werkstücken.
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In der
DE 198 44 793 A1 ist eine
Werkzeugmaschine zur mehrachsigen, insbesondere 5-achsigen Bearbeitung
von Werkstücken,
vorzugsweise zur spanabhebenden Bearbeitung mit einer Werkzeugspindel,
die an einer Plattform, insbesondere mit ihrer Längsachse senkrecht zur Plattformebene
angeordnet ist, wobei die Plattform über, vorzugsweise sechs, gelenkig
mit dieser sowie mit dem Maschinenständer verbundene, längenveränderliche
Maschinenbeine befestigt ist, beschrieben. Es ist eine bewegliche
Abtrennung vorhanden, die einerseits am äußeren Umfang mit einem nicht
dargestellten Gehäuse
verbunden ist, und andererseits am Umfang der Plattform befestigt
oder damit gelenkig verbunden ist. Durch die Abtrennung und die
Plattform wird der Bewegungsraum für die Maschinenbeine und die
Gelenke vollständig
von dem Arbeitsraum getrennt. Durch die Abtrennung bzw. die Plattform
ragt lediglich die Werkzeugspindel und gegebenenfalls der Träger bzw.
der Schlitten für
die Zustellung der Werkzeugspindel in den Arbeitsraum hinein. Sämtliche
Anschlüsse
für die
Betätigung
der Werkzeugspindel sind hinter der Plattform im schmutzfreien Bewegungsraum
angeordnet. Bei dieser Werkzeugmaschine umfaßt der Arbeitsraum sowohl das
zu bearbeitende Werkstück
als auch das Bearbeitungswerkzeug und einen Werkzeugwechsler, deren
Führungen
und Antriebe dem bei der Bearbeitung anfallenden Materialabtrag
und dem bei Hochleistungswerkzeugmaschinen mit hohem Druck in den Bearbeitungsbereich
gespritzten Kühlschmiermittel
ausgesetzt sind.
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In der
DE 199 26 668 A1 ist des
weiteren eine Mehrstationenwerkzeugmaschine zum Herstellen von Bohrern
und dergleichen, Spiralnuten aufweisenden Werkstücken beschrieben, die eine
Grundplatte, mehrere auf der Grundplatte angeordnete Stationen zum
Bearbeiten von Werkstücken
sowie zum Einsetzen und in denen der Werkstücke, einen an der Grundplatte
befestigten Ständer
mit einer Tragplatte, an der Tragplatte feststehend angeordnete
Antriebe für
senkrechte, auf- und abbewegliche sowie drehbare Werkstückhalter,
einen oberhalb der Tragplatte angeordneten, schrittweise drehbar
angetriebenen Drehtisch, mehrere am Drehtisch drehbar und auf- und
abbeweglich gelagerte, die Werkstückhalter tragende, senkrechte
Wellen, lösbare
Kupplungen zwischen den Antrieben und Getrieben zur Steuerung der
Drehbewegung sowie der Höhenverstellung
der Wellen, lösbare
Verriegelungen zwischen den Kupplungen und dem Drehtisch und Betätigungseinrichtungen
für die
Kupplungen und Verriegelungen zum wechselweisen, gekoppelten Entriegeln
der Verriegelungen und zum Einkuppeln der Kupplungen für die Antriebe
der Werkstückhalter
bei der Bearbeitung sowie zum wechselweisen gekoppelten Auskuppeln der
Kupplungen und zum Verriegeln der Verriegelungen beim Weiterschalten
des Drehtischs aufweist.
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Durch diese Anordnung können an
den Stationen der Mehrstationenwerkzeugmaschine unterschiedliche
Bearbeitungsvorgänge
ablaufen, z. B. das Schleifen der Spiralnuten, das Schleifen der
Spitze, einschließlich
des Anspitzens, das Anbringen von Hinterschlifflächen an den Bohrerlippen und
-umflächen
und schließlich
das Einsetzen und Entnehmen der Werkstücke.
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Durch die Anordnung der Antriebe
an der Tragplatte brauchen diese sich beim Stationenwechsel nicht
mitzubewegen, so daß die
Verbindung der Antriebe mit einer CNC-Steuerung und für die Energiezufuhr
vereinfacht wird.
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Um zu verhindern, das sich beim Stationenwechsel
durch das Drehen des Drehtischs Veränderungen an den Werkstückhaltern
ergeben, d. h. um zu verhindern, daß sich die Werkstückhalter
beim Umsetzen verdrehen oder in der Höhenlage verändern, sind lösbare Kupplungen
und lösbare
Verriegelungen vorgesehen. Durch die Verriegelungen werden die Werkstückhalter
in ihrer Position fixiert, wenn die Kupplungen entkuppelt sind.
Umgekehrt werden die Kupplungen beim Lösen der Verriegelungen eingekuppelt,
ohne daß sich
dabei eine Positionsveränderung
der Werkstückhalter
ergibt.
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Mit dieser Mehrstationenwerkzeugmaschine wird
das Problem gelöst,
diese so zu verbessern, daß sie
sich kostengünstig
herstellen läßt, geringe
Abmessungen aufweist und zuverlässig
arbeitet. Des weiteren ist sie an allen Stationen gut zugänglich,
so daß die
Totzeiten für
das Werkzeugwechseln oder das Auswechseln anderer für die Werkstückbearbeitung
erforderlicher Zubehörelemente
möglichst
kurz sind. Ferner bleibt die Stellung der Werkstücke beim Stationenwechsel unverändert. Diese
bekannte Maschine hat sich bei der Großserienherstellung von Spiralbohrern
und ähnlichen
Werkstücken
bewährt, jedoch
hat sich gezeigt, daß die
Antriebe für
die Werkstückhalter,
sowie die sie tragenden Wellen und Kupplungen nicht ausreichend
gegen den bei der Bearbeitung abgetragenen Werkstoff und das dabei
verwendete Kühlschmiermittel
geschützt
sind.
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Allgemein gilt, daß bei Werkzeugmaschinen der
Schutz empfindlicher Bauteile gegen den bei der Bearbeitung anfallenden
Materialabtrag und das in der Regel verwendete Kühlschmiermittel besonders dann
nicht, wenn das Kühlschmiermittel
in Hochleistungswerkzeugmaschinen mit hohem Druck in den Bearbeitungsbereich
gespritzt wird, ausreichend ist, so daß der Erfindung das Problem
zugrundeliegt, eine Werkzeugmaschine, insbesondere Mehrstationenschleifmaschine
zum Herstellen von Bohrern und ähnlichen,
langgestreckten Werkstücken
so zu verbessern, daß ein
praktisch absoluter Schutz der empfindlichen Bauteile gegeben ist.
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Ausgehend von dieser Problemstellung
wird eine Werkzeugmaschine, insbesondere Mehrstationenschleifmaschine
zum Herstellen von Bohrern und ähnlichen,
langgezogenen Werkstücken,
mit wenigstens einem axial verschiebbaren und drehbaren, mit seinen
Axialverschiebungs- und Drehantrieben in einem abgedichteten Gehäuse angeordneten
Werkstückhalter,
wenigstens einen, in einem abgedichteten Arbeitsraum angeordnetes
Bearbeitungswerkzeug, einer dichten Trennwand zwischen dem Gehäuse und
dem Arbeitsraum, wenigstens einen abgedichtet in der Trennwand angeordneten
Führungsrohr
zur Aufnahme des Werkstückhalters
und Führungselementen
für das
Werkstück
am dem Arbeitsraum zugewandten Ende des Führungsrohrs vorgeschlagen.
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Der Erfindung liegt die Überlegung
zugrunde, die Werkzeugmaschine in wenigstens zwei Räume zu unterteilen,
von denen der eine der Arbeitsraum, beispielsweise die Schleifkammer
ist, während der
davon abgedichtet getrennte, weitere Raum die wichtigsten mechanischen
Elemente der Werkzeugmaschine einschließlich eines Werkstückwechslers aufnimmt.
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Vorteilhafterweise kann das Führungsrohr
in der Trennwand mittels Präzisionsführung axial
verschiebbar und abgedichtet geführt
sein.
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Um ein Werkstück aus dem Gehäuse, in
dem das Werkstück
an den Werkstückhalter
angesetzt wird, in den Arbeitsraum zu überführen, wird der Werkstückhalter
mit dem daran angeordneten Werkstück in das Führungsrohr eingeführt, und
das Werkstück
tritt durch das Führungselement hindurch
in den Arbeitsraum ein. Dabei umschließt das Führungselement das Werkstück so dicht,
daß praktisch kein
Kühlschmiermittel
und kein vom Werkstück
abgetragenes Material in das Gehäuse
für die
mechanischen Elemente gelangen kann. Zwischen dem Führungsrohr
und der Trennwand ist ebenfalls eine Dichtung vorgesehen, so daß sich das
Führungsrohr
mit dem Werkstückhalter
axial bewegen läßt, wenn
dies für
die Bearbeitung des Werkstücks
erforderlich ist.
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Die Werkzeugmaschine kann so ausgebildet sein,
daß sie
wenigstens einen waagerecht beweglichen Werkstückhalter aufweist, jedoch kann
der Werkstückhalter
auch senkrecht beweglich ausgebildet sein.
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Die Erfindung läßt sich gleichermaßen an einer
Werkzeugmaschine mit nur einer Bearbeitungsstation als auch an einer
Werkzeugmaschine mit mehreren Bearbeitungsstationen verwenden, und zwar
sowohl an Fräsmaschinen
als auch an Schleifmaschinen.
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Das Führungsrohr kann beispielsweie
mittels Federkraft in seiner Ausgangsstellung gehalten sein und
wird in diesem Fall durch den Werkstückhalter bei dessen Axialbewegung
mitgenommen.
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Vorzugsweise kann jedoch am Führungsrohr ein
Axialverschiebungsantrieb angreifen, der so gesteuert ist, daß sich dieser
Axialverschiebungsantrieb für
das Führungsrohr
und der Axialverschiebungsantrieb für den Werkstückhalter
während
der Werkstückbearbeitung
synchron bewegen.
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Bei einer vorteilhaften Ausführungsform
der Werkzeugmaschine kann der Axialverschiebungsantrieb für das Führungsrohr
abgedichtet im Arbeitsraum angeordnet sein, wenn ein Tragrohr durch
die Trennwand geführt
ist, dessen in den Arbeitsraum ragende Bereich als Träger für das wenigstens
eine Bearbeitungswerkzeug und für
den Axialverschiebungsantrieb für
das wenigstens eine Führungsrohr
ausgebildet ist.
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Dieses Tragrohr kann des weiteren
einen in das abgedichtete Gehäuse
ragenden Bereich als Träger
für einen
drehbaren Mehrstationenwerkstückwechsler
aufweisen, wobei dessen Ende mit einer Tragplatte für den wenigstens
einen Werkstückhalter und
dessen Antriebe fest verbunden sein kann.
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Eine vorteilhafte Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Werkzeugmaschine
weist fünf
Bearbeitungsstationen und entsprechende Bearbeitungswerkzeuge im
Bearbeitungsraum, fünf
Werkstückhalter
und deren Antriebe im Gehäuse,
fünf Führungsrohre
in der Trennwand und einen sechsarmigen Werkstückwechsler im Zwischenraum
zwischen der Trennwand und der Tragplatte auf, wovon jeweils fünf Arme
in den Bereich der fünf
Werkstückhalter
zur Übergabe
oder Übernahme
eines Werkstücks
und ein Arm in den Bereich einer Werkstückübergabevorrichtung bewegbar
sind.
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Hierdurch lassen sich fünf Werkstücke mittels
unterschiedlicher Werkzeuge gleichzeitig bearbeiten, während ein
weiteres Werkstück
mittels der Werkstückübergabevorrichtung
an einen Werkstückhalter übergeben
oder von ihm übernommen
wird.
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Das Führungselement in wenigstens
einem Führungsrohr
kann auswechselbar gestaltet sein, um sich an unterschiedliche Werkstücke anpassen
zu lassen. Das Führungselement
kann beispielsweise aus einer Führungsbuchse
bestehen, wenn ein Werkstück
nur in seinem Endbereich zu bearbeiten ist. Ist ein langgestrecktes
Werkstück
auf im wesentlichen seiner ganzen Länge zu bearbeiten, kann das Führungselement
vorteilhafterweise aus einer das Werkstück im wesentlichen auf seiner
gesamten, aus dem Führungsrohr
herausragenden Länge
unterstützenden,
etwa halbseitig offenen Führungsschiene bestehen.
Hierdurch läßt sich
das Werkstück
einseitig bearbeiten, während
es auf der gegenüberliegenden
Seite durch die Führungsschiene
abgestützt wird.
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Der Werkstückhalter dichtet die Buchse
in seiner vorgefahrenen Stellung ab, auch wenn sich kein Werkstück im Werkstückhalter
befindet.
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Die Erfindung wird nachstehend anhand
eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels des näheren erläutert. In
der Zeichnung zeigen:
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1 einen
schematischen Querschnitt durch die erfindungsgemäße Werkzeugmaschine,
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2 eine
vergrößerte Schnittansicht
des Bereichs der Trennwand mit dem Führungsrohr,
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3 ein
Ausführungsbeispiel
eines Verschiebungsantriebs für
das Führungsrohr,
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4 eine
Axialansicht eines drehbaren Werkstückwechslers mit sechs Armen
und
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5 eine
schematische Ansicht auf die Trennwand in Richtung des Pfeils X
in 3.
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Bei der dargestellten Werkzeugmaschine handelt
es sich um eine Schleifmaschine zum Bearbeiten von Spiralbohrern
oder dergleichen, langgestreckten Werkstücken mit fünf Bearbeitungsstationen und
einer Werkstückübergabe
und -übernahmestationen.
In 5 sind allerdings
nur zwei Bearbeitungsstationen dargestellt. In der dargestellten Werkzeugmaschine
werden Werkstücke
entlang einer waagerechten Achse bearbeitet und axial hin- und herbewegt.
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Die Werkzeugmaschine kann jedoch
auch mit senkrechten Achsen, wie in der
DE 199 26 668 A1 dargestellt,
ausgebildet sein.
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Die Werkzeugmaschine weist eine übliche Grundplatte 1 mit
einem Gehäuse 2,
das die wesentlichen mechanischen Elemente nach außen abdichtet,
auf.
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Ein weiteres Gehäuse 3 umschließt einen
Arbeitsraum 14, in dem ein oder mehrere Werkstücke 34 bearbeitet
werden.
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Von der Grundplatte 1 ragt
eine Trennwand 4 senkrecht hoch, die den Arbeitsraum 14 unter
der Haube 3 vom Maschinenraum unter dem Gehäuse 2 abtrennt.
Durch die Trennwand 4 ist ein dickwandiges Tragrohr 5 geführt, an
dessen in den Arbeitsraum 14 ragenden Ende eine Deckplatte 6 befestigt
ist. Von dieser Deckplatte 6 ist ein Montagerohr 7 bis
zur Trennwand 4 geführt.
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An diesem Montagerohr 7 lassen
sich verschiedene Bearbeitungswerkzeuge, insbesondere Schleifspindeln
unterschiedlichen Schleifscheiben anordnen. Die Abdeckplatte 6 dient
des weiteren als Träger
für wenigstens
einen Servomotor 32, dessen Funktion später erläutert wird.
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In einer Öffnung in der Trennwand 4 ist
eine Linealführung 8 mittels
Schrauben 9 befestigt. Auf der Linearführung 8 kann ein Gleitschuh 10 gleiten, an
dem ein Führungsrohr 11 befestigt
ist. Die Öffnung in
der Trennwand 4 ist mittels einer Platte 12 verschlossen
und weist ihrerseits eine Öffnung
auf, durch die sich das Führungsrohr 11 hin-
und herschieben läßt. Zwischen
der Platte 12 und dem Führungsrohr 11 ist
eine Gleitdichtung 13 angeordnet.
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Am dem Arbeitsraum 14 zugewandten
Ende des Führungsrohrs 11 ist
im Ausführungsbeispiel
gemäß 1 eine Führungsbuchse 15 auswechselbar angeordnet.
Diese Führungsbuchse 15 dient
dazu, ein Werkstück 34 zu
führen
und gegenüber
dem Inneren des Gehäuses 2 abzudichten.
Die Führungsbuchse 15 ist
in ihrer Form und ihren Abmessungen dem jeweils zu bearbeitenden
Werkstück
angepaßt und
dient beim Ausführungsbeispiel
gemäß 1 dazu, ein Werkstück zu führen, dessen
Endbereich bearbeitet werden soll.
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Bei der Ausführungsform gemäß 2 ist ein Führungselement
in Form einer Führungsschiene 16 dargestellt,
die das Werkstück
im wesentlichen auf seiner gesamten aus dem Führungsrohr 11 herausragenden
Länge unterstützt und
etwa halbseitig offen ist, so daß sich das Werkstück 34 in
diesem offenen Bereich bearbeiten läßt.
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Um das Führungsrohr 11 axial
hin- und herbewegen zu können,
ist ein Verschiebungsantrieb vorgesehen. Hierfür weist das Führungsrohr 11 einen Schlitz 17 auf,
der dem Gleitschuh 10 etwa diametral gegenüberliegt.
Ein Zapfen 18 durchquert den Schlitz 17, und diesen
Zapfen 18 übergreift
ein Schlitz 21 in einem Schwenkhebel 19, der auf
einer Schwenkachse 20 in der Trennwand 4 gelagert
ist. Ein weiterer Schlitz 21 befindet sich am anderen Ende
des Schwenkhebels 19 und umgreift einen Zapfen 22 in einem
Schlitz 24 einer Schubstange 23. Die Schubstange 23 ist
in Führungsbohrungen 25, 26 geführt und
weist an ihrem zum Zapfen 22 entgegengesetzen Ende eine
Kugelumlaufmutter 27 auf. In diese Kugelumlaufmutter 27 greift
eine Kugelumlaufspindel 28 ein, die in einem Radial-Axial-Lager
gelagert ist. Die Kugelumlaufspindel 28 ist mittels einer
Kupplung 31, die in einem Gehäuse 30 angeordnet
ist, mit dem Servomotor 32 gekuppelt.
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Zwischen dem Axial-Radial-Lager 29 und der
Führungsbohrung 26 ist
ein Faltenbalg 33 angeordnet, der die Kugelumlaufmutter 27 und
die Kugelumlaufspindel 28 gegen Eindringen von Schleifabrieb
und Kühlschmiermittel
schützt.
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Unter der Haube
2 sind die
mechanischen Elemente der Werkzeugmaschine angeordnet. An einer
parallel zur Trennwand
4 senkrecht von der Grundplatte
1 aufragenden
Tragplatte
37 sind axial verschiebbare und drehbare Wellen
36,
die jeweils einen Werkstückhalter
in Form einer Spannpatrone
35 tragen, drehbar und axial
verschiebbar gelagert. Hinsichtlich der Einzelheiten eines Axialverschiebungsantriebs
57 und
eines Drehantriebs
59 für
die Welle
36 sowie des Spannens und Lösens des Werkstücks
34 in
der Spannpatrone
35 wird auf die
DE 199 26 668 A1 verwiesen,
von der sich die vorliegende Werkzeugmaschine im übrigen dadurch
unterscheidet, daß die
Spannpatrone
35 an den Wellen
36 nicht an einem
Drehtisch sondern feststehend angeordnet ist und dementsprechend
auch nicht die Kupplungen und Verriegelungselemente vorhanden sind.
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Zur Erhöhung der Steifigkeit ist die
Tragplatte 37 mittels Schrauben 38 mit dem Tragrohr 5 verschraubt.
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Zwischen der Trennwand 4 und
der Tragplatte 37 ist ein drehbarer Werkstückwechsler 39 angeordnet.
An den freien Enden seiner sechs Arme 45 sind Werkstückgreifer 40 befestigt,
die sich im in einzelnen nicht dargestellter Weise mittels Hydraulik- oder
Pneumatik-Kolben-Zylinder-Einheiten
betätigen lassen.
Das Betätigungsmedium
wird diesen Hydraulik- oder Pneumatik-Kolben-Zylinder-Einheiten über Drehdurchführungen,
ausgehend von Fittings 42, in einer Nabe 46 angeordneten
Ringnuten 43 und Fittings 41 zugeführt. An
der Nabe 46 sind die sechs Arme 45 befestigt,
und die Nabe ist in einem Radial-Axial-Lager 47 am Tragrohr 5 gelagert.
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Ein Zahnrad 48 ist an der
Nabe 46 befestigt, über
das eine Kette 49 gelegt ist, die mit einem weiteren Zahnrand 50 in
Eingriff steht. Das Zahnrand 50 ist an einer Welle 51 befestigt,
die über
Wälzlager 52 mit
Bezug auf die Tragplatte 37 gelagert ist.
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Die Welle 51 ist mittels
einer Kupplung 53 mit einem Servomotor 54 verbunden,
der zum Drehen und Positionieren des Werkstückwechslers 39 dient.
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Eine Werkstückübergabevorrichtung 55 entnimmt
unbearbeitete Werkstücke 34,
aus einem nicht dargestellten Werkstückbehälter und bringt es in den Bereich
eines Greifers 40 an einem Arm 45, der mit Bezug
auf die Werkstückübergabevorrichtung 55 positioniert
ist. Die anderen Greifer 40 befinden sich in einer Stellung,
in der ein Werkstück
von den Greifern 40 durch eine Spannpatrone 35 abgenommen
und übernommen
werden kann.
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Hierzu befindet sich die Spannpatrone 35 an der
Welle 36 an der in 1 dargestellten
Stellung.
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Nach Übernahme des Werkstücks 34 wird die
Welle 36 mit der Spannpatrone 35 und dem Werkstück 34 axial
in die in 2 dargestellte
Stellung gebracht, in der das Werkstück in den Arbeitsraum 14 ragt
und dabei durch die Führungsschiene 16 einseitig
unterstützt
ist. Zum Einarbeiten einer Spiralnut in das Werkstück 34 wird
dieses axial entlang der X-Achse hin- und herbewegt und um die Achse
A gedreht. Dabei wird das Führungsrohr 11 mittels
des Antriebs 19, 23, 27, 28, 32 synchron
mit der Welle 36, der Spannpatrone 35 und dem
Werkstück 34 bewegt, so
daß sich
das Werkstück 34 bzgl.
der Führungsschiene 16 zwar
dreht, sich jedoch nicht axial verschiebt.
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In 5 sind
zwei um 120° beabstandete Schleifstationen 56 dargestellt.
Es können
jedoch beim dargestellten Ausführungsbeispiel
bis zu fünf Bearbeitungsstationen
um das Montagerohr 7 herum angeordnet sein.