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Dokumentenidentifikation DE19936652A1 15.02.2001
Titel Werkzeugmaschine und Verfahren zum Anbringen einer geneigten Bohrung
Anmelder Chiron-Werke GmbH & Co KG, 78532 Tuttlingen, DE
Erfinder Deufel, Karl, 78600 Kolbingen, DE;
Schweizer, Anton, 78573 Wurmlingen, DE
Vertreter Witte, Weller & Partner, 70178 Stuttgart
DE-Anmeldedatum 04.08.1999
DE-Aktenzeichen 19936652
Offenlegungstag 15.02.2001
Veröffentlichungstag im Patentblatt 15.02.2001
IPC-Hauptklasse B23B 41/00
IPC-Nebenklasse B23B 35/00   B23B 43/00   
Zusammenfassung Eine Werkzeugmaschine zum Bearbeiten eines Werkstückes weist einen Spindelkopf (16) mit einer in dem Spindelkopf (16) um eine Hauptspindelachse (17) drehbar gelagerten Hauptspindel (18) auf, an deren Stirnseite eine Werkzeugaufnahme (21) zum Einspannen von Werkzeugen (22) vorgesehen ist, die um eine Bearbeitungsachse (25) zu drehende Bearbeitungswerkzeuge (24) zur Bearbeitung des Werkstückes aufweisen. Ferner ist eine Vorrichtung zum Einspannen der Werkstücke vorgesehen. Das Werkzeug (22) weist einen parallelen Versatz (44) zwischen der Bearbeitungsachse (25) und seiner im in die Werkzeugaufnahme (21) eingespannten Zustand mit der Hauptspindelachse (17) fluchtenden Antriebsachse (41) auf (Fig. 2).

Beschreibung[de]

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Werkzeugmaschine zum Bearbeiten eines Werkstückes, mit einem Spindelkopf, einer in dem Spindelkopf um eine Hauptspindelachse drehbar gelagerten Hauptspindel, an deren Stirnseite eine Werkzeugaufnahme zum Einspannen von Werkzeugen vorgesehen ist, die um eine Bearbeitungsachse zu drehende Bearbeitungswerkzeuge zur Bearbeitung des Werkstückes aufweisen, und einer Vorrichtung zum Einspannen der Werkstücke.

Die Erfindung betrifft ferner ein mit einer derartigen Werkzeugmaschine durchzuführendes Verfahren zum Anbringen einer schrägen Bohrung in einem Werkstück, vorzugsweise in einer Felge eines Rades.

Eine derartige Werkzeugmaschine sowie ein auf ihr durchzuführendes Verfahren beschreibt die DE 37 35 858 A1 im Zusammenhang mit der Felge eines Kraftfahrzeuges, in die eine geneigte Ventillochbohrung eingebracht wird. Zu diesem Zweck wird die Felge auf eine Aufnahme gespannt und diese um den Winkel gedreht, unter dem die Ventillochbohrung die Hauptspindelachse schneidet. Die dabei verwendeten Werkzeuge umfassen übliche Werkzeughalter, in die die üblichen Bearbeitungswerkzeuge eingespannt sind. Die Werkzeughalter werden in an sich bekannter Weise in die Werkzeugaufnahme in der Hauptspindel eingesetzt.

Aus geometrischen Gründen wandert beim Verschwenken der Vorrichtung die zukünftige Ventillochbohrung weiter nach außen, so daß bei der Auswahl der für die Bearbeitung der Felge einzusetzenden Werkzeugmaschine nicht die eigentlichen Außenabmaße der Felge, sondern vielmehr der durch das Auswandern bedingte größere Verfahrweg für das Bearbeitungswerkzeug berücksichtigt werden muß. Nun ist aus konstruktiven Gründen der Verfahrweg einer Werkzeugmaschine immer beschränkt, für größere Verfahrwege sind jeweils erheblich teurere, da konstruktiv anspruchsvollere Werkzeugmaschinen erforderlich. Vor diesem Hintergrund werden Werkzeugmaschinen in der Regel so angeschafft, daß sie die aktuelle Bearbeitungsaufgabe hinsichtlich ihres Verfahrweges sowie ihrer sonstigen Leistungsmerkmale zufriedenstellend erledigen können, jedoch nicht überdimensioniert sind.

In letzter Zeit sind nun die Durchmesser derartiger Felgen insbesondere für Geländewagen, Lkw, aber auch für der Mode unterworfene Personenkraftwagen in spezieller Konstruktion immer größer geworden, so daß immer größere Verfahrwege benötigt werden, um die Ventillochbohrungen sowie weitere, ggf. geneigte Bohrungen anzubringen. Dies bedeutet jedoch, daß diese Felgen mit größerem Durchmesser auf bestehenden Werkzeugmaschinen ggf. nicht mehr bearbeitet werden können.

Um die Anschaffung neuer Werkzeugmaschinen zu vermeiden, ist bereits vorgeschlagen worden, die Ventillochbohrung mit einem Winkelbohrkopf anzubringen. Wegen des erforderlichen Kegelgetriebes ist ein derartiger Winkelbohrkopf jedoch relativ ungenau, außerdem ist er in der Anschaffung teuer und schwer zu steuern.

Vor diesem Hintergrund ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, Maßnahmen bereitzustellen, um auf preiswerte und konstruktiv einfache Weise den Verfahrweg eines Bearbeitungswerkzeuges zumindest in einer Richtung zu vergrößern.

Bei der eingangs genannten Werkzeugmaschine wird diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Werkzeug einen parallelen Versatz zwischen der Bearbeitungsachse und seiner im in die Werkzeugaufnahme eingespannten Zustand mit der Hauptspindelachse fluchtenden Antriebsachse aufweist.

Bei dem eingangs genannten Verfahren wird diese Aufgabe gelöst durch die Schritte:

  • - Einspannen des Werkstückes in die Vorrichtung,
  • - Schwenken der Vorrichtung derart, daß die zukünftige Bohrung achsparallel zur Hauptspindelachse verläuft, aber außerhalb des Verfahrweges der Hauptspindel liegt,
  • - Einwechseln eines Werkzeuges in die Werkzeugaufnahme, das einen parallelen Versatz zwischen der Bearbeitungsachse und seiner Antriebsachse aufweist, derart, daß der Versatz in Richtung der zukünftigen Bohrung liegt, und
  • - Verfahren des Bearbeitungswerkzeuges über die zukünftige Bohrung und Anbringen der Bohrung.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird auf diese Weise vollkommen gelöst.

Die Erfinder der vorliegenden Anmeldung haben nämlich erkannt, daß es durch einen derartigen Versatz, der natürlich zum Versatz der gesamten Achse der Werkzeugmaschine in der jeweiligen Richtung führt, möglich ist, kleinere Werkzeugmaschinen einzusetzen und dennoch außerhalb des üblichen Verfahrweges liegende Bohrungen einzubringen oder andere Bearbeitungsmaßnahmen, z. B. mit einem Fräser, durchzuführen. Somit ist die vorliegende Erfindung nicht nur für die Bearbeitung von Felgen sondern darüber hinaus auch für die Bearbeitung anderer Werkstücke geeignet, bei denen für nur wenige Bearbeitungsaufgaben größere Verfahrwege des Bearbeitungswerkzeuges in zumindest einer Achse erforderlich sind, als dies mit einem in der Hauptspindelachse liegenden Bearbeitungswerkzeug möglich wäre.

Zwar ist das erfindungsgemäß verwendete Werkzeug konstruktiv aufwendiger und damit teurer als übliche Werkzeuge mit einfachem Werkzeughalter und Bearbeitungswerkzeug, diese Maßnahme ist jedoch immer noch erheblich preiswerter als die Anschaffung einer größeren Werkzeugmaschine, sei es als Ersatz für eine bestehende Werkzeugmaschine kleinerer Bauart oder als Neuanschaffung. Abgesehen von der Verwendung des den Versatz aufweisenden Werkzeuges muß lediglich noch die Steuerungssoftware der Werkzeugmaschine dahingehend angepaßt werden, daß der Versatz berücksichtigt wird.

Dabei ist es bevorzugt, wenn das Werkzeug einen Grundkörper aufweist, an dem das Bearbeitungswerkzeug sowie ein hierzu parallel versetztes Kupplungsteil zum Eingriff in die Werkzeugaufnahme drehbar angeordnet sind, wobei zwischen Kupplungsteil und Bearbeitungswerkzeug eine Antriebsverbindung besteht, wobei vorzugsweise der Grundkörper bei in die Werkzeugaufnahme eingespanntem Kupplungsteil drehfest an dem Spindelkopf festgelegt ist.

Hier ist von Vorteil, daß ein konstruktiv einfaches Werkzeug verwendet werden kann, das durch das Kupplungsteil einerseits in Längsrichtung der Hauptspindel in der Werkzeugaufnahme gehalten wird, wobei andererseits dieses Kupplungsteil selbst über die Antriebsvorrichtung die Drehung der Hauptspindel in die Rotation des Bearbeitungswerkzeuges umsetzt. Mit anderen Worten, ein derartiges, einen Versatz aufweisendes Werkzeug kann wie ein "übliches" Bearbeitungswerkzeug in die Hauptspindel eingewechselt werden, als zusätzliche Maßnahme ist es lediglich erforderlich, am Spindelkopf für Maßnahmen zu sorgen, durch die der Grundkörper drehfest gehalten wird.

Dabei kann es bevorzugt sein, wenn das Werkzeug ein Mehrspindelkopf ist.

Bei dieser Maßnahme ist von Vorteil, daß derartige Mehrspindelköpfe bereits auf dem Markt verfügbar sind. Mehrspindelköpfe sind Werkzeuge, an deren Grundkörper mehrere Werkzeugspindeln drehbar gelagert sind, die jeweils mit einem Bearbeitungswerkzeug bestückt sind. Der Antrieb derartiger Mehrspindelköpfe erfolgt über die übliche Werkzeugaufnahme der Hauptspindel. Die Mehrspindelköpfe weisen ein gewünschtes Lochmuster auf, das wiederkehrend bei der Serienbearbeitung von Werkstücken in diese eingebracht wird.

Die Erfinder der vorliegenden Anmeldung haben nun erkannt, daß ein derartiger Mehrspindelkopf mit beliebigem Lochmuster verwendet werden kann, um den Verfahrweg einer Werkzeugmaschine in zumindest einer Richtung zu vergrößern. Hierzu ist es erforderlich, daß nur eine Werkzeugspindel des Mehrspindelkopfes mit einem Bearbeitungswerkzeug bestückt wird und der Versatz zwischen der Hauptspindelachse und der Bearbeitungsachse in die Steuerung der Werkzeugmaschine eingegeben wird.

Vor diesem Hintergrund betrifft die Erfindung ferner die Verwendung eines Mehrspindelkopfes, um bei einer Werkzeugmaschine mit einer um eine Hauptspindelachse drehbaren Hauptspindel zur Aufnahme eines Werkzeuges den Verfahrweg eines Bearbeitungswerkzeuges zu einem zu bearbeitenden Werkstück zumindest in einer Richtung zu vergrößern, wobei vorzugsweise nur eine Werkzeugspindel mit einem Bearbeitungswerkzeug bestückt ist und die Werkzeugspindel in Richtung des Verfahrweges einen parallelen Versatz zur Hauptspindelachse aufweist.

Die Erfinder der vorliegenden Anmeldung haben nämlich erkannt, daß auch ein Mehrspindelkopf, bei dem nur eine Werkzeugspindel mit einem Bearbeitungswerkzeug bestückt ist, trotz der dadurch bedingten, ungleichmäßigen mechanischen Belastung beim Bohren noch mit hinreichender Genauigkeit arbeitet, insbesondere wenn eine Ventillochbohrung in eine Felge eines Rades eines Kraftfahrzeuges eingebracht werden soll. Dies ist insofern überraschend, als Mehrspindelköpfe üblicherweise nur mit mehreren oder gar vollständig bestückten Werkzeugspindeln eingesetzt werden, so daß bei der Bearbeitung eine gleichmäßige, ein Verkippen vermeidende Belastung auf die Werkzeugaufnahme ausgeübt wird.

Weitere Vorteile ergeben sich aus der Beschreibung und der beigefügten Zeichnung.

Es versteht sich, daß die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.

Die Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 im Ausschnitt und in schematischer Darstellung eine Werkzeugmaschine zum Anbringen einer geneigten Ventillochbohrung in eine Felge; und

Fig. 2 in schematischer, ausschnittsweiser Seitenansicht ein Werkzeug mit Versatz zwischen Bearbeitungsachse und Antriebsachse, das bei der Werkzeugmaschine aus Fig. 1 erfindungsgemäß verwendet wird.

In Fig. 1 ist mit 10 eine Werkzeugmaschine zur Bearbeitung eines Werkstückes 11 gezeigt, das in dem gezeigten Ausführungsbeispiel eine Felge 12 eines Rades eines Kraftfahrzeuges ist, in die unter anderem eine bei 14 angedeutete, geneigte Ventillochbohrung eingebracht werden soll.

Die schematisch angedeutete Werkzeugmaschine 10 umfaßt einen Spindelkopf 16, in dem eine um eine Hauptspindelachse 17 drehbare Hauptspindel 18 gelagert ist, an deren Stirnseite 19 eine übliche Werkzeugaufnahme 21 zur Aufnahme eines Werkzeuges 22 vorgesehen ist.

Das Werkzeug 22 umfaßt einen üblichen Werkzeughalter 23, an dem ein Bearbeitungswerkzeug 24 gehalten ist, das bei in die Werkzeugaufnahme 21 eingespanntem Werkzeug 22 um seine Bearbeitungsachse 25 drehbar ist, die dann mit der Hauptspindelachse 17 zusammenfällt.

Unterhalb des Spindelkopfes 16 ist ein üblicher Werkstücktisch 27 angeordnet, auf dem eine um eine Schwenkachse 28 in Richtung eines Pfeiles 29 schwenkbare Vorrichtung 31 vorgesehen ist, auf der mittels nicht näher ausgeführter Klemmen 32 die Felge 12 festgeklemmt ist.

In üblicher Weise können Spindelkopf 16 und Werkstücktisch 27 relativ zueinander in drei Koordinatenrichtungen verfahren werden, wobei in der Ebene des Werkstücktisches 27 üblicherweise die X- und Y-Koordinate liegen und in Richtung der Hauptspindelachse 17 die Z-Koordinate verläuft. Auf diese Weise ergibt sich ein relativer Verfahrweg zwischen der Hauptspindelachse 17 sowie dem Werkstück 11, wobei in Fig. 1 bei 33 der maximale Verfahrweg angegeben ist, der in Richtung einer Koordinatenachse zwischen Hauptspindelachse 17 und Werkstück 11 möglich ist.

Abgesehen von den kartesischen Koordinaten werden Koordinaten auf einem Werkstücktisch teilweise auch in Polarkoordinaten angegeben, also durch einen Abstand r zum Mittelpunkt des Koordinatensystems sowie einen Winkel α zu einer durch den Mittelpunkt gehenden Bezugsachse.

In Fig. 1 ist zu erkennen, daß der Verfahrweg 33 das gesamte Werkstück 12 abdeckt, so daß durch das Bearbeitungswerkzeug 24 verschiedene Bearbeitungsmaßnahmen an dem gesamten Körper des Werkstückes 11 durchgeführt werden können.

Wird die Vorrichtung 31 jedoch in Richtung des Pfeiles 29 in Fig. 1 nach links geschwenkt, so daß die Felge 12 die gestrichelte Position 12' einnimmt und die zukünftige Ventillochbohrung 14' mit ihrer Achse 34 parallel zur Hauptspindelachse 17 zu liegen kommt, befindet sich die zukünftige Bohrung 14' außerhalb des Verfahrweges 33. Die Achse 35 weist nämlich zu der Hauptspindelachse 17 einen bei 35 angedeuteten Abstand auf, der größer ist als der Verfahrweg 33.

Um jetzt dennoch das Anbringen der Ventillochbohrung 14 zu ermöglichen, wird das in Fig. 2 schematisch dargestellte Werkzeug 22 eingesetzt, das einen Grundkörper 37 aufweist, der über ein drehbares Kupplungsteil 38, das mit einem Normkegel 39 in die Werkzeugaufnahme 21 eingreift, an der Hauptspindel 18 festgelegt ist. Das Kupplungsteil 38 ist um eine Antriebsachse 41 drehbar, die bei in die Werkzeugaufnahme 21 eingespanntem Werkzeug 22 mit der Hauptspindelachse 17 zusammenfällt.

An dem Grundkörper 37 ist ferner ein in eine drehbar gelagerte Werkzeugspindel 4 eingespanntes Bearbeitungswerkzeug 24 vorgesehen, das um seine Bearbeitungsachse 25 drehbar ist. Der Antrieb der Werkzeugspindel 42 erfolgt über eine in Fig. 2 lediglich schematisch dargestellte Antriebsverbindung 43 durch das Kupplungsteil 38. Die Antriebsverbindung 43 ist beispielweise ein Zahnriemen oder ein Getriebe.

Die Anordnung bei dem Werkzeug 22 ist so getroffen, daß die Bearbeitungsachse 25 einen Abstand 44 zu der Antriebsachse 41 aufweist, der größer ist als die Differenz zwischen dem Abstand 35 und dem Verfahrweg 33 aus Fig. 1. Auf diese Weise kann das Bearbeitungswerkzeug 24 über die Achse 34 in Fig. 1 nach links hinaus gefahren werden, so daß das Anbringen der Bohrung 14 problemlos möglich ist.

Es sei noch erwähnt, daß das Werkzeug 22 beidseits des Normkegels 39 zwei Stifte 45 aufweist, die beim Einspannen des Werkzeugs 22 in die Spindel 18 in Sackbohrungen 46 eingreifen, die an einer Stirnseite 47 des Spindelkopfes 16 vorgesehen sind. Auf diese Weise ist das eingespannte Werkzeug 22 drehfest an dem Spindelkopf 16 festgelegt, so daß über die Werkzeugaufnahme 21 und den Normkegel 39 einerseits das Werkzeug 22 in Richtung der Hauptspindelachse 17 gehalten wird und andererseits der Antrieb des Bearbeitungswerkzeuges 24 erfolgen kann.

In Fig. 2 ist bei dem Werkzeug 22 eine Werkzeugspindel 42 gezeigt, wobei es jedoch möglich ist, statt diesen speziellen Werkzeuges 22 einen Mehrspindelkopf zu verwenden, an dem mehrere Werkzeugspindeln 42 vorgesehen sind, die bei dem üblichen Einsatz eines Mehrspindelkopfes alle mit Bearbeitungswerkzeugen bestückt sind. Erfindungsgemäß wird bei einem derartigen Mehrspindelkopf jetzt nur eine Werkzeugspindel mit einem Bearbeitungswerkzeug bestückt und der Versatz zu der Antriebsachse in die Steuerung der Werkzeugmaschine 10 eingegeben.

Selbstverständlich ist es auch bei dem Bearbeitungswerkzeug 24 aus Fig. 2 erforderlich, den Versatz 44 in der Steuerung der Werkzeugmaschine zu berücksichtigen.


Anspruch[de]
  1. 1. Werkzeugmaschine zum Bearbeiten eines Werkstückes (11, 12), mit einem Spindelkopf (16), einer in dem Spindelkopf (16) um eine Hauptspindelachse (17) drehbar gelagerten Hauptspindel (18), an deren Stirnseite (19) eine Werkzeugaufnahme (21) zum Einspannen von Werkzeugen (22) vorgesehen ist, die um eine Bearbeitungsachse (25) zu drehende Bearbeitungswerkzeuge 24 zur Bearbeitung des Werkstückes (11, 12) aufweisen, und einer Vorrichtung (31) zum Einspannen der Werkstücke (11, 12), dadurch gekennzeichnet, daß das Werkzeug (22) einen parallelen Versatz (44) zwischen der Bearbeitungsachse (25) und seiner im in die Werkzeugaufnahme (21) eingespannten Zustand mit der Hauptspindelachse (17) fluchtenden Antriebsachse (41) aufweist.
  2. 2. Werkzeugmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Werkzeug (22) einen Grundkörper (37) aufweist, an dem das Bearbeitungswerkzeug (24) sowie ein hierzu parallel versetztes Kupplungsteil (38) zum Eingriff in die Werkzeugaufnahme (21) drehbar angeordnet sind, wobei zwischen Kupplungsteil (38) und Bearbeitungswerkzeug (24) eine Antriebsverbindung (43) besteht.
  3. 3. Werkzeugmaschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Grundkörper (37) bei in die Werkzeugaufnahme (21) eingespanntem Kupplungsteil (38) drehfest an dem Spindelkopf (16) festgelegt ist.
  4. 4. Werkzeugmaschine nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Werkzeug (22) ein Mehrspindelkopf ist.
  5. 5. Verwendung eines Mehrspindelkopfes, um bei einer Werkzeugmaschine (10) mit einer um eine Hauptspindelachse (17) drehbaren Hauptspindel (18) zur Aufnahme eines Werkzeuges (22) den Verfahrweg (33) eines Bearbeitungswerkzeuges (24) zumindest in einer Richtung zu vergrößern.
  6. 6. Verwendung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß nur eine Werkzeugspindel (42) mit einem Bearbeitungswerkzeug (24) bestückt wird, und daß die Werkzeugspindel (42) in Richtung des Verfahrweges einen parallelen Versatz (44) zu der Hauptspindelachse (17) aufweist.
  7. 7. Verfahren zum Anbringen einer schrägen Bohrung in ein Werkstück (11), vorzugsweise in eine Felge (12) eines Rades, mittels einer Werkzeugmaschine (10), die einen Spindelkopf (16), eine in dem Spindelkopf (16) um eine Hauptspindelachse (17) drehbar gelagerte Hauptspindel (18), an deren Stirnseite (19) eine Werkzeugaufnahme (21) zum Einspannen von Werkzeugen (22) vorgesehen ist, die um eine Bearbeitungsachse (25) zu drehende Bearbeitungswerkzeuge (24) zur Bearbeitung des Werkstückes (11) aufweisen, sowie eine Vorrichtung (31) zum Einspannen des Werkstückes (11) aufweist, mit den Schritten:
    1. - Einspannen des Werkstückes (11) in die Vorrichtung (31),
    2. - Schwenken der Vorrichtung (31) derart, daß die zukünftige Bohrung (14) achsparallel zur Hauptspindelachse (17) verläuft, aber außerhalb des Verfahrweges (33) der Hauptspindel (18) liegt,
    3. - Einwechseln eines Werkzeuges (22) in die Werkzeugaufnahme (21), das einen parallelen Versatz (44) zwischen der Bearbeitungsachse (25) und seiner Antriebsachse (41) aufweist, derart, daß der Versatz (44) in Richtung der zukünftigen Bohrung (14) liegt, und
    4. - Verfahren des Bearbeitungswerkzeuges (24) über die zukünftige Bohrung (14) und Anbringen der Bohrung (14).






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