[0001] Die Erfindung bezieht sich auf eine Drechselmaschine, ausgerüstet mit einer CNC-Steuerung,
einem Hauptantrieb, der mit dem drehbar eingespannten Werkstück verkuppelt ist, einem
Längsvorschubantrieb, der an eine Längsspindel eines axial zum Werkstück ausgerichteten
Bettschlittens gekuppelt ist, einem Quervorschubantrieb, der an eine Querspindel eines
radial zum Werkstück ausgerichteten Querschlittens gekuppelt ist, auf welchem ein
Grobwerkzeug angeordnet ist und welcher auf dem Bettschlitten verfahrbar ist.
[0002] Die Herstellung von rotationssymmetrischen Gegenständen ist mit der Einführung der
Töpferscheibe zu einem der ältesten, bekannten Verfahren zur Formung geworden. Parallel
zur Einführung von Metall und dessen immer weiter fortschreitender Härtung wurde auch
die spanabhebende Bearbeitung von rotationssymmetrischen Holzteilen, das Drechseln
möglich.
[0003] Eine weitere, prinzipiell sehr ähnliche Bearbeitung ist die Herstellung von rotationssymmetrischen
Gegenständen durch Schleifen. Die dafür benötigten Maschinen haben prinzipiell gleichen
Aufbau, werden jedoch mit anderen Drehzahlen und Vorschubgeschwindigkeiten betrieben.
[0004] Die Kontur des Gegenstandes wurde in den Anfängen durch die manuelle Führung des
Werkzeuges erzeugt. Im Interesse einer erhöhten Oberflächengenauigkeit und einer Steigerung
der Schnittgeschwindigkeit wurde es immer mehr üblich, das Werkzeug fest einzuspannen
und in seiner Position relativ zum Werkstück durch einen Kreuzschlitten mit kreuzweise
angeordneten Spindeln zu verstellen, wobei die Spindel durch Handräder manuell verdreht
wurden.
[0005] Mit der Einführung von drehzahlregelbaren, elektrischen Antrieben wurde die Automatisierung
von Drechselmaschinen möglich. Die ersten Varianten verkoppelten Hauptantrieb für
das Werkstück und die Vorschübe über mehrstufige Verstellgetriebe mit einem Zentralmotor,
später wurden jedoch parallel zu den Fortschritten in der Leistungs- und Regelelektronik
anstelle von Drehstromantrieben Gleichstromantriebe eingesetzt. Durch immer weitere
Kostenreduzierung bei der Regelelektronik wurde es üblich, für den Hauptantrieb und
jede einzelne Achse getrennte Antriebe vorzusehen. Aktueller Stand der Technik ist,
dass die bürstenbehafteten Gleichstromantriebe für die Vorschubantriebe durch bürstenfreie
Drehstromantriebe mit Permanenterregung durch Selten-Erde-Magnete ersetzt wurden.
[0006] Parallel zur Entwicklung der Antriebstechnik und der Steuerung, insbesondere zur
Reduzierung der Investitionskosten, wurde auch die Konfiguration der Drechselmaschinen
erweitert. Mit der Erhöhung von Genauigkeit und Dynamik bei der Antriebstechnik wird
es zunehmend interessanter, die Anzahl der Vorschubantriebe weiter zu erhöhen, wenn
dadurch Bearbeitungszeiten reduziert und Bearbeitungsgenauigkeiten angehoben werden
können.
[0007] Durch diesen technologischen Fortschritt rückt der aktuelle Stand der Technik Patentschriften
ins Blickfeld, die zur Zeit ihrer Offenlegung entweder mit komplizierten, mechanischen
Umschaltgetrieben, aufwendigen Umschaltungen der Regelelektronik oder für die damalige
Zeit allzu teueren Mehrfachantrieben realisiert werden mussten und deshalb nur höchst
selten verwirklicht worden sind.
[0008] Die
DE 1477307 beschreibt parallele Längsspindeln mit getrennten Antrieben, jedoch noch mit einer
Umschaltung der Regelkreise, sodass ausschließlich sequentieller Betrieb möglich war.
Mit den heute vergleichsweise sehr viel preiswerteren Regelantrieben kann nach aktuellem
Stand der Technik jede Längsspindel in wirtschaftlich sinnvoller Weise mit Einzelreglern
gleichzeitig betrieben werden.
[0009] Die
DE 27 31 860 offenbart mehrere Schlitten, die in einer gemeinsamen Führung laufen und über jeweils
eine eigene Klemmvorrichtung an den Vorschubantrieb gekuppelt werden. Nachteil dieser
Anordnung ist, dass die beiden Achsen während der Bewegung stets zwangsweise den gleichen
Abstand zueinander einnehmen. Wenn der Abstand verstellt werden soll, muss die Vorschubbewegung
gestoppt werden, die Kupplung betätigt werden, der neue Abstand eingestellt werden,
die Kupplung wieder eingerastet werden und dann mit dem entsprechend justierten Abstand
weiter gefahren werden. Diese Konfiguration ist bei aktuellem Stand der Technik für
Industrieländer nicht interessant; könnte jedoch in Niedrigstlohnländern, wo das Verhältnis
zwischen Investment und Arbeitkosten ein anderes ist, evtl. von Interesse sein.
[0010] Aktueller Stand der Technik für Drechselmaschinen ist also die Ausrüstung mit einer
CNC-Steuerung, einem Hauptantrieb, einem axial zum Werkstück verfahrbaren Bettschlitten
und einem radial zum Werkstück verfahrbaren Querschlitten.
[0011] Die Erfindung stellt sich die Aufgabe, dass zeitgleich zur Grobbearbeitung auch die
Feinbearbeitung des Drehteiles erfolgen kann, die Schwingungsneigung des Werkstückes
gedämpft wird, die Bearbeitungszeit reduziert und die Genauigkeit erhöht wird.
[0012] Gelöst wird diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch, dass wenigstens ein Feinwerkzeug
vorhanden ist, wobei das Grobwerkzeug und alle Feinwerkzeuge in einer radial zum Werkstück
ausgerichteten Ebene winkeläquidistant angeordnet sind, und jedes Feinwerkzeug auf
je einem Komplementärschlitten befestigt ist, welcher über je eine Komplementärspindel
an die Komplementärvorschubantriebe X 2 bis X n gekuppelt ist und auf dem Bettschlitten
radial zum Werkstück verfahrbar ist.
[0013] Solche zusätzlichen Werkzeuge zur Feinbearbeitung sind ein entscheidender Fortschritt
in der Bearbeitung, da im gleichen Arbeitsgang und mit der gleichen Einspannung des
Werkstückes sowohl die Grobbearbeitung als auch die Feinbearbeitung erfolgen kann.
Dadurch wird nicht nur an der Bearbeitungszeit gespart, sondern es entfällt zusätzlich
auch noch die Zeit zur Umrüstung auf ein neues Werkzeug für die Feinbearbeitung.
[0014] Ein weiterer Vorteil ist, dass durch die Bearbeitung des Werkstückes an wenigstens
zwei sich gegenüber liegenden Punkten die Neigung zu Schwingungen schon im Keim erstickt
wird. Zugleich wird der Abtransport der Späne erleichtert, weil durch das Feinwerkzeug
ein Teil der Späne auf der anderen Seite des Werkstückes anfällt und dort abtransportiert
werden kann. Der Verzicht auf eine zweite Einspannung reduziert Fehlermöglichkeiten
durch Ungenauigkeiten beim nochmaligen Einspannen und verbessert damit die Konstanz
der bei der Feinbearbeitung abgetragenen Materialstärke. Dadurch kann auf Sicherheitsreserven
in der Auslegung von Werkzeug und Vorschubantrieb verzichtet werden, wodurch sich
die Bearbeitungszeit und/oder die erzielbare Genauigkeit weiter erhöht.
[0015] Eine weitere Maßnahme zur Dämpfung der Schwingungsneigung ist es, dass in der Nähe
der Werkzeuge eine Lunette angeordnet wird, welche das Werkstück gegen Ausweichen
in radiale Richtung abstützt.
[0016] Für die Ausführung einer erfindungsgemäßen Drechselmaschine sind zahlreiche, vorteilhafte
Varianten möglich.
Falls nur ein einziges Feinwerkzeug vorhanden ist, ist es eine interessante Ersparnis
bei Produktion und Wartung, wenn Querschlitten und Komplementärschlitten in einer
gemeinsamen Führung verfahrbar sind. Ein weiterer Vorteil einer solchen Drechselmaschine
ist es, dass Querschlitten und Komplementärschlitten jeweils nur eine Hälfte des gesamten
Verfahrbereiches benötigen. Dabei reicht ein einfacher, mechanischer Endschalter als
simpler Kollisionsschutz der beiden Schlitten, da jeder Schlitten vom Prinzip her
nur auf einer Seite des Werkstückes arbeiten muss.
[0017] in der Konfiguration mit einem einzigen Feinwerkzeug ist es eine weitere, bei der
antriebstechnischen Ausrüstung sparende Variante, wenn Querspindel und Komplementärspindel
zu einer mechanischen Einheit verkuppelt sind, wobei im einfachsten Fall die Steigungen
beider Spindel den gleichen Betrag, jedoch die entgegengesetzte Richtung aufweisen.
Eine solche Spindel kann beide Schlitten genau synchron zueinander, jedoch mit unterschiedlichem
Vorzeichen der Bewegungsrichtung betreiben. In dieser Konfiguration ist nur ein einziger
Vorschubantrieb für Quer- und Komplementärschlitten erforderlich, womit sich auch
die elektronische Steuerung vereinfacht.
[0018] Nachteil dieser Anordnung ist jedoch, dass das Verhältnis zwischen Grobabtrag und
Feinabtrag stets gleich ist, da beide Werkzeuge immer den gleichen Abstand von der
Mittelachse des Drehteiles haben.
[0019] Dieser Nachteil wird dann vermieden, wenn Querschlitten und Komplementärschlitten
je einen eigenen Servoantrieb aufweisen. Eine solche Ausführungsvariante ist bezogen
auf die Flexibilität bei der Bearbeitung zweifellos die vorteilhafteste, jedoch auch
vergleichsweise aufwendig bei der Anschaffung.
[0020] Um die Investitionskosten zu begrenzen, schlägt die Erfindung vor, dass bei einem
gemeinsamen Servoantrieb für Querschlitten und Komplementärschlitten zwischen die
Mutter der Komplementärspindel und den Komplementärschlitten ein kleiner Feinantrieb
eingefügt wird. Dieser Antrieb bleibt bei der Bearbeitung von zylindrischen Teilen
der Kontur funktionslos. Bei stark gekrümmten Teilen der Kontur oder gar bei Knicken
in der Kontur sorgt er jedoch dafür, dass der Komplementärvorschubantrieb das Feinwerkzeug
tiefer in das Werkstück hinein fährt.
[0021] Da dieser Verfahrweg um Größenordnungen kleiner als der des Quervorschubes für das
Grobwerkzeug ist, kann neben den üblichen elektrischen Antrieben mit polumschaltbarem
Asynchronmotor, Schrittmotor oder Servomotor mit Spindel, Zahnriemen oder Zahnstange
auch über andere, nicht so weit verbreitete Varianten nachgedacht werden. Dazu zählt
insbesondere ein Piezokristall, der durch Anlegen einer elektrischen Spannung seine
Abmessungen verändert und auf diese Weise den Komplementärschlitten um eine geringe
Wegstrecke verschieben kann.
[0022] Eine andere, kostengünstige Variante ist es, dass ein Pneumatik- oder Hydraulikzylinder
auf das lange Ende eines Hebels einwirkt, der an seinem kurzen Ende den Komplementärschlitten
bewegt. Dadurch wird die im Vergleich zu elektrischen Servoantrieben schlechtere Positioniergenauigkeit
durch die Wirkung des Hebels zu einem Teil kompensiert.
[0023] Falls die Querspindel und alle Komplementärspindeln mechanisch miteinander verkuppelt
sind, reicht ein einziger, gemeinsamer Antrieb, sofern er ausreichend dimensioniert
ist. Auch in diesem Fall müssen die Feinwerkzeuge an den stark gekrümmten oder eingekerbten
Abschnitten der Kontur dadurch verstärkt aktiviert werden. Anstelle eines eigenen
Antriebes für jede einzelne Komplementärspindel können Differentialgetriebe, in Stufen
schaltbare Getriebe oder stufenlos verstellbare Getriebe eingesetzt werden.
[0024] Eine weitere, prinzipiell mögliche Variante ist es, anstelle der aufwendigen, aber
genauen Kugelrollspindel oder der kostengünstigeren Trapezgewindespindeln eine Kombination
aus Ritzel und Zahnstange einzusetzen, was vergleichsweise niedrige Drehzahlen der
Vorschubantriebe erfordert bzw. sehr hohe Vorschubgeschwindigkeiten ermöglicht, die
für die Feinbearbeitung von sehr harten Werkstücken sinnvoll sein können.
[0025] In einer vorteilhaften Ausführungsform wird als Grobwerkzeug ein Rundstahl eingesetzt,
der im Vergleich zum Feinwerkzeug einen sehr großen Krümmungsradius aufweist und dadurch
einen sehr hohen Materialabtrag ermöglicht. Im gleichen Sinne sollte bei gegebenem
Werkzeug für den Grobabtrag der Drechselmaschine das Feinwerkzeug einen sehr kleinen
Krümmungsradius aufweisen.
[0026] Für Bearbeitungsvorgänge, bei denen zur Grobbearbeitung eine deutlich andere Werkzeuggeschwindigkeit
als zur Feinbearbeitung erforderlich ist, kann anstelle des Feinwerkzeuges und/oder
des Grobwerkzeuges mit einem einzigen fest stehenden Werkzeug ein rotierendes Fräswerkzeug
oder eine rotierende Schleifscheibe mit jeweils eigenem Antrieb eingesetzt werden.
Dessen Drehzahl kann so eingestellt werden, dass sowohl die Schnittgeschwindigkeit
beim Grobabtrag als auch beim Feinabtrag optimal ist.
[0027] Als weitere Variante des Fein- oder Grobwerkzeugs schlägt die Erfindung ein Schleifband
vor, das über zwei Umlenkrollen geführt wird, und mit dem Bereich zwischen den Umlenkrollen
auf das Werkstück gedrückt wird.
Als zusätzliche Untervariante können zwischen den Umlenkrollen zwei Profilscheiben
angeordnet werden, die auf Befehl der CNC in den Verfahrweg eines sehr elastischen
Schleifbandes hinein gedrückt werden können. Dabei ist der Begriff "Profilscheibe"
im Sinne der Erfindung weit auszulegen und umfasst im Allgemeinen jede beliebige und
damit auch von der Rotationssymmetrie abweichende Form. Sie sind starr oder rotierend
befestigt und bilden ein Führungsprofil für das vorbeibewegte Schleifband. Wenn die
Profilscheibe eine V-förmige Kante aufweist, wird dadurch auch das elastische Schleifband
V-förmig geformt. In dieser Konfiguration wird das Nachschleifen von V-förmigen oder
"geknickten" Abschnitten der Kontur möglich.
[0028] Eine Erweiterung der von einer Drechselmaschine bearbeitbaren Konturen ermöglicht
die folgende, erfindungsgemäße Sonderausstattung:
Eine Schwenkhalterung für das Feinwerkzeug und/oder für das Grobwerkzeug wird in einer
zylindersegmenttörmigen Kulisse so verschwenkt, dass der Mittelpunkt des Schwenkkreises
mit der Spitze des Werkzeuges identisch ist. Dadurch ist die Bearbeitung von Konturen,
die senkrecht zur Drehachse des Drehteiles verlaufen, möglich.
Falls das Programm der CNC-Steuerung Raumkurven überwachen kann, sind sogar Hinterschneidungen
möglich. Dazu muss das Werkzeug zuerst eine Nute ausarbeiten, welche wenigstens so
breit wie das Werkzeug ist und im nächsten Schritt am Grund der Nute verschwenkt werden.
Durch Verschwenkungen zu beiden Seiten der Wandung der Nute ist die Ausarbeitung einer
schwalbenschwanzförmigen Einkerbung möglich.
[0029] Für eine Optimierung der Schnittwinkel und des Abtragungsverhaltens kann es sinnvoll
sein, das Werkstück auch in einer zweiten Achse zu verschwenken. Dafür ist die Erweiterung
der zylindersegmentförmigen Kulisse zu einer Kugelsegmentform erforderlich, sowie
die Hinzufügung einer zweiten Bewegungsachse, die etwa rechtwinklig zur ersten Bewegungsachse
orientiert ist.
[0030] Sofern die effektive Schnittkante des Werkzeuges und der Kreismittelpunkt der Kugel
identisch sind, ist die Genauigkeitsanforderung an die Verstellantriebe deutlich niedriger
als an die der anderen Servoachsen. In diesem Fall ist es denkbar, kostengünstige
Pneumatikzylinder für die Verschwenkung einzusetzen, obwohl deren Positioniergenauigkeit
und Steifigkeit deutlich geringer sind als die von permanenterregten Servoantrieben.
[0031] Erfindungsgemäß wird eine weitere Steigerung der Flexibilität einer Drechselmaschine
dadurch erreicht, dass wenigstens eine Werkzeughalterung zu einer drehbaren Mehrfachwerkzeughalterung
erweitert wird. Im Unterschied zu bekannten Werkzeugwechslern am Maschinengehäuse
ist es in dieser Konfiguration nicht erforderlich, dass beide Schlitten wieder zurück
in ihren Nullpunkt zur zentralen Werkzeugwechselstation gefahren werden. Vielmehr
kann der Werkzeugwechsel an jedem Punkt der Kontur des Drehteiles erfolgen. Auch diese
Einrichtung kann mit kostengünstigen, pneumatischen Antrieben versehen werden. Sie
sollten durch eine Ausbildung von Zentrierkegeln in ihrer Positioniergenauigkeit unterstützt
werden.
[0032] Mit einer erfindungsgemäß mit mehreren Vorschüben in X-Richtung ausgestatteten Drechselmaschine
ist es ein sinnvolles Verfahren, dass vorwiegend der Quervorschub und das Grobwerkzeug
für das Abtragen von sehr großen Spänen des Werkstoffes eingesetzt wird und der Feinantrieb
sehr stark gekrümmte oder winklige Abschnitte der Kontur formt. Vorteilhaft ist es,
dass mehrere Komplementärachsen mit unterschiedlichen Feinwerkzeugen für die Ausformung
von Ecken und sehr komplizierten Teilen der Kontur eingesetzt werden.
[0033] Im Folgenden sollen weitere Einzelheiten und Merkmale der Erfindung anhand von Beispielen
näher erläutert werden. Die abgebildeten Beispiele sollen die Erfindung jedoch nicht
einschränken, sondern nur erläutern. Es zeigen in schematischer Darstellung:
- Figur 1
- dreidimensionale Darstellung einer Drechselmaschine mit Quer- und Komplementärachse
- Figur 2
- Aufsicht auf das Bett mit einer Längsspindel, und drei Stück quer dazu verfahrenden
Antrieben
- Figur 3
- Schnitt durch eine Maschine
- Figur 4
- Schwenkhalterung für Grob- oder Feinwerkzeug
[0034] Die Figuren zeigen im Einzelnen:
[0035] In Figur 1 ist in dreidimensionaler Darstellung eine erfindungsgemäße Drechselmaschine
ohne Abdeckung gezeichnet. Im Vordergrund ist die CNC-Steuerung 2 zu erkennen. In
der Mitte ist das Werkstück 1, eine gedrechselte Säule mit je einem Wulst am Anfang
und am Ende sowie einem Doppelwulst in der Mitte zu erkennen. In der gezeichneten
Stellung des Bettschlittens 5 wird einer der beiden mittleren Wulste bearbeitet und
zwar von dem Grobwerkzeug 8 auf dem Querschlitten 7 und dem Feinwerkzeug 11 auf dem
Komplementärschlitten 10. Zu erkennen ist, dass die Querspindel 6 vom Quervorschubantrieb
X 1 über einen Riemen gedreht wird. Die Querspindel 6 ist direkt mit der Komplementärspindel
9 verbunden welche die gleiche Steigung, jedoch in der entgegengesetzten Richtung
aufweist. In der dargestellten Konfiguration sind die Komplementärspindel und die
Querspindel 6 feststehend und die beiden Vorschubantriebe X 1 und X 2 sind auf ihrer
jeweiligen Schlitten mitfahrend. Parallel zum Längsspindeltrieb sind zwei Stück Bettführungen
12 zu erkennen, in denen der Bettschlitten 5 verfährt. Am hinteren Bildende ist der
Längsvorschubantrieb Y zu erkennen. Er ist parallel zum Hauptantrieb 3 ausgerichtet.
[0036] In Figur 1 wird nachvollziehbar, dass das Grobwerkzeug 8 komplementär zum Feinwerkzeug
11 ausgerichtet ist; beide Werkzeuge greifen von entgegengesetzter Seite auf das Werkstück
1 ein und helfen dadurch, eventuelle Schwingungsneigungen des Werkstückes 1 im Keim
zu unterdrücken.
[0037] In Figur 2 ist eine lotrechte Aufsicht auf das (schrägstehende) Maschinenbett wiedergegeben.
Die Darstellung wird dominiert vom Werkstück 1, das an den Hauptantrieb 3 drehbar
angekuppelt ist. Parallel dazu ist der Längsvorschubantrieb Y zu erkennen. Er ist
direkt auf die Längsspindel 4 gekoppelt, welche den Bettschlitten 5 in zwei Schlittenführungen
12 bewegt. Auf dem Bettschlitten 5 sind (ebenso wie in Figur 1) rechts der Quervorschubantrieb
X 1 zu erkennen. Im Unterschied zu Figur 1 ist er jedoch fest auf dem Bettschlitten
5 montiert und dreht die aneinander geflanschten Quer- und Komplementärspindel. Weil
diese beiden Spindeln zueinander gegenläufig ausgerichtet sind, bewegt sich auch der
davon angetriebene Querschlitten 7 stets gegenläufig zum Komplementärschlitten 10.
Dadurch ist sicher gestellt, dass sich Querschlitten 7 und Komplementärschlitten 10
stets synchron zueinander bewegen.
[0038] In Figur 2 ist jedoch nicht sichtbar, dass zwischen dem Komplementärschlitten 10
und der Querspindel 6 noch ein Feinantrieb zwischengeschaltet werden kann, um die
Last der Bearbeitung zwischen dem Grobwerkzeug 8 und dem Feinwerkzeug 11 variieren
zu können.
[0039] In der Figur 2 sind als in Richtung der X-Achse drei kaskadisch miteinander verknüpfte
Antriebe zu sehen. Der große Vorteil dieser Anordnung ist, dass die gleichzeitige
Bearbeitung in den Stufen "grob", "fein" und "feinst" möglich ist. In Figur 2 wird
plausibel, dass jede der drei gezeichneten Werkzeugschneiden mit etwa gleicher Oberflächengeschwindigkeit
verfährt. Falls für eines oder mehrere dieser Werkzeuge eine andere Bearbeitungsgeschwindigkeit
erforderlich sein sollte, muss das Werkzeug durch einen Hilfsantrieb mit zusätzlichem,
rotierendem Werkzeug ersetzt werden, was in Figur 2 jedoch nicht gezeichnet ist.
[0040] In Figur 3 ist der Querschnitt durch eine erfindungsgemäße Drechselmaschine wiedergegeben.
Auf dem (quergeschnittenen) Maschinenbett fährt in zwei Führungen 12 der Schlitten
5 auf den Betrachter zu oder vom Betrachter weg. Dabei wird er von der (in Figur 3
geschnittenen) Längsspindel 4 bewegt. Quer zur Längsspindel 4 sind die Querspindel
6 und die (hier fest daran gekuppelte) Komplementärspindel 9 ausgerichtet und vom
in dieser Konfiguration feststehenden Quervorschubantrieb X 1 bewegt. X 1 ist also
auf dem Bettschlitten 5 montiert. In dem Bettschlitten 5 verläuft eine Nut 12, (in
Figur 3 von links oben nach rechts unten) welche der Querschlitten 7 und der Komplementärschlitten
10 gemeinsam benutzen. Die Besonderheit der gezeichneten Konfiguration ist, dass ein
Feinantrieb 13 den Schlitten 10 um kleine Wege verschieben kann. In Figur 3 nachvollziehbar
ist, dass die Grob-Bewegung des Komplementärschlittens 10 spiegelsymmetrisch zum Querschlitten
7 verläuft, jedoch durch den Feinantrieb 13 mit einem geringen Hub korrigiert werden
kann. Dadurch kann das Feinwerkzeug 11 zum Beispiel in feine Vertiefungen tiefer eingreifen
wie das Grobwerkzeug 8. Bei sehr glatten und vorrangig parallel zur Längsachse verlaufenden
Flächen wird der größte Teil der Zerspanungsarbeit vom Grobwerkzeug 8 übernommen;
das Feinwerkzeug 11 zieht sich bei diesen Flächen mittels Feinantrieb um eine kleine
Strecke vom Werkstück zurück.
[0041] In Figur 3 ist als Alternative zum Feinantrieb 13 schematisch eine Kupplung 16 eingezeichnet.
Falls bei einer Drechselmaschine der Feinantrieb 13 oder der Komplementärvorschub
X 2 eingespart werden soll, ermöglicht die Kupplung 16 die (vorübergehende) Abkopplung
des Komplementärschlitten 10.
In Figur 3 wird deutliche, dass bei geöffneter Kupplung 16 der Quervorschubantrieb
X 1 die Mutter auf der Komplementärspindel 9 vollständig mitdreht und dadurch gegenüber
dem Komplementärschlitten 10 in eine andere Position verfährt.
Sobald die Kupplung 16 wieder geschlossen wird, bewegen sich der Komplementärschlitten
10 und der Querschlitten 7 wieder synchron zueinander, jedoch mit einem anderem Abstand
zwischen den Werkzeugen.
In Figur 4 ist der vertikale Schnitt durch eine Drechselmaschine dargestellt, bei
der n=3 Werkzeuge winkeläquidistant das Werkstück 1 bearbeiten. Ganz unten ist das
Maschinenbett geschnitten. In den Führungen 12 gleitet der Querschlitten 5 und wird
von der (geschnitten dargestellten) Längsspindel 4 auf den Betrachter zu bewegt. Am
Bettschlitten 5 ist die Querspindel 6 befestigt. Darauf bewegt sich eine Mutter, welche
über Zahnriemen und den Quervorschubantrieb X 1 gedreht wird, und dadurch den Querschlitten
7 in der Führung 12 verfährt.
[0042] In Figur 4 ist nachvollziehbar, dass die winkeläquidistante Anordnung der Werkzeuge
8 und 11 eine pyramidenförmige Anordnung der Führungen 12 für den Querschlitten 7
und den ersten Komplementärschlitten 10 erfordert. Dieser wird von dem Komplementärvorschubantrieb
X2 bewegt und sorgt so dafür, dass das erste Feinwerkzeug 11 synchron zum Grobwerkzeug
8 in das Material hinein- oder heraus gefahren wird.
[0043] Im Unterschied zu Figur 2 und Figur 3 sind im Beispiel der Figur 4 sämtliche Spindeln
feststehend. Die mitfahrenden Antriebe X1, X2 und X3 drehen über Zahnriemen je eine
(in der Zeichnung verdeckte) Mutter. Ebenfalls nicht dargestellt ist, dass die Mutter
über ein Lager mit dem jeweiligen Schlitten verbunden ist.
[0044] In Figur 4 wird deutlich, dass die winkeläquidistante Anordnung der Werkzeuge 8 und
11 einen dritten Komplementärschlitten 10 im oberen Bereich der Drechselmaschine erfordert,
dessen (ebenfalls feststehende) Komplementärspindel über Mutter und Zahnriemen mit
dem Komplementärvorschubantrieb Xn = X3 verkuppelt ist.
[0045] In Figur 5 ist ein (in den anderen Figuren nicht gezeigtes, anderes) Werkstück 1
im Schnitt gezeigt. Eine Schwenkhalterung 14 ist mit dem Beispiel eines Feinwerkzeuges
11 in drei verschiedenen Bearbeitungspositionen dargestellt. Die Schwenkhalterung
14 bewegt das Werkzeug in einer zylindersegmentförmigen Kulisse 15. Als Antrieb wird
hier ein Zylinder 18 gezeigt, wobei es für das Prinzip nicht erheblich ist, ob es
ein Hydraulik- oder ein Pneumatikzylinder ist.
[0046] In der in Figur 5 oben gezeigten Stellung der Schwenkhalterung 14 befindet sich das
Werkzeug am oberen Anschlag der Kulisse 15. In dieser Position ist es in der Lage,
senkrecht zur Längsachse des Werkstückes 1 verlaufende Flächen zu bearbeiten.
[0047] In der mittleren Position befindet sich das Werkzeug in der Mitte des Verschwenkbereiches.
In dieser Position ist es optimiert für das Bearbeiten von glatten Flächen, die etwa
parallel zur Längsachse des Werkstückes 1 verlaufen. In der unteren Position ist der
andere Anschlag des Zylindersegmentes erreicht, sodass zur anderen Seite hin orientierte,
senkrecht zur Längsachse ausgerichtete Flächen des Werkstückes 1 bearbeitbar sind.
Bezugszeichenliste:
[0048]
- X 1 =
- Quervorschubantrieb
- X 2 =
- Erster Komplementärvorschubantrieb
- X 3 =
- Zweiter Komplementärvorschubantrieb
- X n =
- (n-1)ter Komplementärvorschubantrieb
- Y =
- Längsvorschubantrieb
- 1 =
- Werkstück
- 2 =
- CNC-Steuerung
- 3 =
- Hauptantrieb, mit Werkstück 1 verkuppelt
- 4 =
- Längsspindel, mit Längsvorschubantrieb Y verkuppelt
- 5 =
- Bettschlitten, durch Längsspindel 4 und Längsvorschubantrieb Y verfahrbar
- 6 =
- Querspindel, an Quervorschubantrieb X 1 gekuppelt
- 7 =
- Querschlitten, durch Querspindel 6 und Quervorschubantrieb X 1 auf Bettschlitten 5
verfahrbar
- 8 =
- Grobwerkzeug, auf Querschlitten 7 montiert
- 9 =
- Komplementärspindel, an Komplementärvorschubantrieb X 2 gekuppelt
- 10 =
- Komplementärschlitten, durch Komplementärspindel 9 und Komplementärvorschubantrieb
X 2 bis Xn auf Bettschlitten 5 verfahrbar
- 11 =
- Feinwerkzeug, auf Komplementärschlitten 11 oder Mehrfachwerkzeughalterung 17 montiert
- 12 =
- Führung der Schlitten
- 13 =
- Feinantrieb
- 14 =
- Schwenkhalterung für Grob- oder Feinwerkzeug
- 15 =
- Kulisse, zylindersegmentförmig oder kugelsegmentförmig, für Schwenkhalterung 14
- 16 =
- Kupplung fernschaltbar, verbindet die Mutter auf der Komplementärspindel 9 mit dem
Komplementärschlitten 10
- 17 =
- Mehrfachwerkzeughalterung, auf Komplementärschlitten 10
- 18 =
- Zylinder
1. Drechselmaschine, ausgerüstet mit
- einer CNC-Steuerung 2,
- einem Hauptantrieb 3, der mit einem drehbar eingespannten Werkstück 1 verkuppelt
ist,
- einem Längsvorschubantrieb Y, der an eine Längsspindel 4 eines axial zum Werkstück
1 ausgerichteten Bettschlittens 5 gekuppelt ist,
- einem Quervorschubantrieb X 1, der an eine Querspindel 6 eines radial zum Werkstück
1 ausgerichteten Querschlittens 7 gekuppelt ist,
- auf welchem ein Grobwerkzeug 8 angeordnet ist und
- welcher auf dem Bettschlitten 5 verfahrbar ist
dadurch gekennzeichnet, dass
- wenigstens ein Feinwerkzeug 11 vorhanden ist,
- wobei das Grobwerkzeug 8 und alle Feinwerkzeuge 11 in einer radial zum Werkstück
1 ausgerichteten Ebene
- winkeläquidistant angeordnet sind,
- und jedes Feinwerkzeug 11 auf je einem Komplementärschlitten 10 befestigt ist,
- welcher über je eine Komplementärspindel 9 an die Komplementärvorschubantriebe X
2 bis X n gekuppelt ist
- und auf dem Bettschlitten 5 radial zum Werkstück 1 verfahrbar ist.
2. Drechselmaschine, nach Anspruch 1
dadurch gekennzeichnet, dass
ein einziges Feinwerkzeug 11 vorhanden ist, dessen Komplementärschlitten 10 in derselben
Führung 12 wie der Querschlitten 7 verfahrbar sind.
3. Drechselmaschine, nach einem der vorhergehenden Ansprüche
dadurch gekennzeichnet, dass
in der Nähe von Grobwerkzeug 8 und den Feinwerkzeugen 11 eine Lunette 18 angeordnet
wird.
4. Drechselmaschine, nach einem der vorhergehenden Ansprüche
dadurch gekennzeichnet, dass
die Querspindel 6 und alle Komplementärspindeln 9 mechanisch miteinander verkuppelt
sind.
5. Drechselmaschine, nach einem der vorhergehenden Ansprüche
dadurch gekennzeichnet, dass
die Querspindel 6 und alle Komplementärspindeln 9 mechanisch miteinander verkuppelt
sind, wobei vor jede Komplementärspindel ein Differentialgetriebe, ein in Stufen schaltbares
Getriebe oder ein stufenlos verstellbares Getriebe angeordnet ist.
6. Drechselmaschine, nach einem der vorhergehenden Ansprüche
dadurch gekennzeichnet, dass
Querspindel 6 und Komplementärspindel 9 miteinander verkuppelt sind
und zwischen der Mutter der Komplementärspindel 9 und dem Komplementärschlitten 10
ein Feinantrieb 13 angeordnet ist.
7. Drechselmaschine, nach einem der vorhergehenden Ansprüche
dadurch gekennzeichnet, dass
zwischen Komplementärschlitten 10 und die Mutter der Komplementärspindel 9 eine fernschaltbare
Kupplung 16 angeordnet ist.
8. Drechselmaschine, nach einem der vorhergehenden Ansprüche
dadurch gekennzeichnet, dass
der Feinantrieb 13 ein Piezokristall, ein elektrischer Linearantrieb, ein elektrischer
Antrieb mit Spindel, ein elektrischer Antrieb mit Zahnriemen oder Zahnstange, ein
Pneumatik- oder ein Hydraulikzylinder ist oder ein über einen Hebel wirkender Zylinder
ist.
9. Drechselmaschine, nach einem der vorhergehenden Ansprüche
dadurch gekennzeichnet, dass
der Bettschlitten 5 und/oder der Querschlitten 7 und/oder der Komplementärschlitten
10 über je eine Zahnstange mit Antriebsritzel verfahrbar ist.
10. Drechselmaschine, nach einem der vorhergehenden Ansprüche
dadurch gekennzeichnet, dass
das Grobwerkzeug 8 ein Rundstahl ist, welcher im Vergleich zum Feinwerkzeug 11 einen
großen Krümmungsradius aufweist
11. Drechselmaschine, nach einem der vorhergehenden Ansprüche
dadurch gekennzeichnet, dass
als Feinwerkzeug 11 und/oder als Grobwerkzeug 8 ein Fräswerkzeug oder eine Schleifscheibe
mit eigenem, rotierendem Antrieb auf dem Querschlitten 7 bzw. dem Komplementärschlitten
10 angeordnet ist.
12. Drechselmaschine, nach einem der vorhergehenden Ansprüche
dadurch gekennzeichnet, dass
das Feinwerkzeug 11 und/oder das Grobwerkzeug 8 als Schleifband ausgebildet ist, welches
über zwei Umlenkrollen geführt ist und mit dem Bereich zwischen den Umlenkrollen auf
das Werkstück 1 drückbar ist.
13. Drechselmaschine, nach Anspruch 12
dadurch gekennzeichnet, dass
zwischen den Umlenkrollen zwei Profilscheiben angeordnet sind, die in den Verfahrweg
des Schleifbandes hineindrückbar sind.
14. Drechselmaschine, nach einem der vorhergehenden Ansprüche
dadurch gekennzeichnet, dass
eine Schwenkhalterung 14 für das Feinwerkzeug 11 und/oder für das Grobwerkzeug 8 in
einer zylindersegmentförmigen oder kugelsegmentförmigen Kulisse 15 bewegbar ist, wobei
der Mittelpunkt des Schwenkkreises mit der Spitze des Werkzeuges identisch ist.
15. Drechselmaschine, nach einem der vorhergehenden Ansprüche
dadurch gekennzeichnet, dass
auf dem Komplementärschlitten 10 eine Mehrfachwerkzeughalterung 17 mit wenigstens
2 verschiedenen Werkzeugen verschwenkbar angeordnet ist.
16. Drechselmaschine, nach einem der vorhergehenden Ansprüche
dadurch gekennzeichnet, dass
die Schwenkhalterung 14 und/oder die Mehrfachwerkzeughalterung 17 über einen Pneumatikzylinder
21 verschwenkbar sind.
17. Drechselmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche
dadurch gekennzeichnet, dass
die Ansteuerung der Feinwerkzeuge 11 und des Grobwerkzeuges 8 von der CNC-Steuerung
2 so ausgebildet ist, dass
- bei gradlinigen oder fast gradlinigen Teilen der Kontur der größte Teil des Materials
vom Werkstück 1 durch das Grobwerkzeug 8 abtragbar ist
- und in den stark gekrümmten oder winkligen Teilen des Konturverlaufes das Material
vom Werkstück 1 durch die Feinwerkzeuge 11 abtragbar ist,
- wobei das Grobwerkzeug 8 und die Feinwerkzeuge 11 gleichzeitig im Eingriff auf das
Werkstück 1 befindlich sein können.