- Mehrspindeldrehautαmat

5 Die Erfindung betrifft Mehrspindeldrehautomaten, insbesondere

- CNC-Mehrspindeldrehautα aten.

- In der Massen ertigung von Drehteilen dominieren seit ca.. 100

- Jahren mechanisch gesteuerte Mehrspindeldrehautomaten mit

- rundschaltbaren Werkstückspindeln, ortsfesten Querschlitten und 10 ortsfesten, zu den Spindeln koaxialen Werkzeugplätzen.

- Nachteilig an diesen Maschinen ist die große Anzahl an

- verschiedenen Werkzeugen, meist Formwerkzeugen um eine einzige

- Werkstückart zu fertigen. Außerdem greifen diese Werkzeuge auf verschiedenen Stationen in ein Werkstück ein, sodaß eine

15 Vielfalt von Einstellungen erfolgen muß, bevor ein maßgerechtes

- Werkstück die Maschine verläßt und bei produzierender Maschine

- muß pro Werkstück eine Vielfalt von Maßen kontrolliert werden,

- wobei besonders die Überprüfung von Formen sehr aufwendig ist.

- Weiterhin schaffen die vielen an einem Werkstück angreifenden 20 Werkzeuge Gratprobleme am Ein- und Austritt des Werkzeuges. Die

- Anzahl der Innenbearbei ungswerkzeuge ist in der Regel auf die

- Anzahl der Spindeln begrenzt. Reichen diese nicht aus muß man

- auf teuerere Formwerkzeuge zu ückgreifen. Die rundschaltende Spiπ ciltrcKiϊSsl verursacht U'SΞ hläf βhlsr - dsε heißt

25 Maßschwankungen von Teil zu Teil, welche noch verstärkt werden,

- wenn sich die QuerschiI ten nicht parallel zu zugeordneter

- Spindelsachse und Sindeltrommelachse bewegen. Herabfallende

- Späne der oberen Spindeln führen bei den unteren Spindeln

- häufig zu Störungen. Die Umrüstung einer Maschine auf ein neues

- Produkt kann einige Tage dauern. Vom Um üstpersonal und auch

5 vom Bedienungspersonal wird ein relativ hoher Ausbildungsstand

- verlangt.

- Seit längerer Zeit sind auch Mehrspindeldrehautomaten dieses

- Prinzips im Einsatz, welche auf einer oder mehreren Lagen

- CNC— ue sohlitten besitzen. Dabei muß der relativ langsame 10 CNC—Querschlitten aus seiner Arbeitsposition im Bereich der

- rundtaktenden Spindeln zurückf hren. Dann taktet die Trommel

- und der CNC—Querschütten fährt wieder relativ langsam in seine

- Arbeitspαsition. Abgesehen daß die relativ schnellen mechanisch

- gesteuerten Querschlitten auf den relativ langsamen

15 CNC—Schlitten warten müssen, gehen die drei Zeiten des

- Wegfahrens,Trommelschaltens und Hinfahrens für die Taktzeit

- verloren, wobei dieser Verlust für die insgesamt nutzbare

- Bearbeitungszeit pro Werkstück sogar noch mit der Anzahl der

- Spindeln multipiziert werden muß.

20 Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, einen

- CNC—tauglichen Mehrspindeldrehautomaten zu entwickeln, der die

- vorgenannten Nachteile beseitigt oder mini iert.Das heißt:

- Bessere Ausnützung der Taktzeit, geringere Werkzeugvielfalt,

- mehr Nor.Tiwerkzεugε, geringere Maschinon üstzci , garingεrεr 25 Kontrollau wand, gratfreie Außenkonturen, mehr Werkzeugplätze

- ür Innenbearbeitung, höhere F'roduktqualität, besserer

- Ξpänefall, besserer Bedienkomfort, höhere Flexibilität und

- geringere An orderungen an das Personal.

- Diese Aufgabenstellung wird durch das im Patentanspruch 1

- angegebene Kαnstruktionsprinzip gelöst.

5 Die Unteransprüche enthalten weitere vorteilha te

- Ausgestaltungen der Erfindung.

- Der Produktiαnszeitgewinn ergibt sich dadurch, daß für den

- CNC-Kreuzschlitten (10,12) die Unterbrechungen durch das

- Umschalten einer Spindeltrommel wegfallen und ein

10 Außenbearbeitungswerkzeug (8) während der gesamten Bearbeitung

- ungestört durcharbeiten kann. Der die Rundschaltbewegung

- durchführende Werkzeugtrommelrevαl er (4) kann wegen seiner zu

- einer Spindeltrommel vergleichsweise geringen Masse eine

- relativ schnelle Schaltbewegung ausführen. In Fig.1-18 ist 15 jeweils nur ein Außenbearbeitungswerkzeug (8) pro

- CNC-Kreuzschlitten (10,12) dargestellt. Dies ist für viele

- Kαpierarbeiten ausreichend. Mehrere Außenbearbeitungswerkzeuge

- (8) können entsprechend Fig.19-20 versetzt angeordnet werden

- oder, da die CNC—Querschiitten (10) in den Teilkreis (14) ragen 20 können ohne zu stören, zwei zu beiden Seiten des Werkstücks (7)

- auf dem Querschlitten (10) angeordnete Werkzeuge bearbeiten

- abwechselnd (pendelnd) nacheinander das Werkstück. Mit einer Kombination aus beiden vorgenannten Prinzipien läßt sich die

- mögliche Anzahl der Schlittpnwerkzeuge weiter erhöhen. Für die 25 Querschlitten kann auch ein eigener Werkzeugrevolver vorgesehen

- werden. Für viele Anwendungsf lle wird ein Norm—Kopierwerkzeug

— genügen mit dem man eine gratfreie Außenkoπtur drehen kann.

— Zur MaßÜberwachung genügt es ein Längen— und ein

— Durchmessermaß zu kontrollieren um das gesamte Werkstück zu

— überwachen. Damit vereinfacht sich auch der Einstell ufwand bei 5 Produktwechsel . Der er indungsgemäße Mehrspindeldrehautomat

— kann zum Experimentieren oder Optimieren ohne besonderen

— Aufwand auch einspindelig gefahren werden. Eine optimierte

— Spindel (9) kann durch das CNC—Programm sofort auf die ganze

— und natürlich jede weitere Maschine übertragen werden.

10 Der rundtaktende Werkzeugtrommelrevolver (4) schafft weitere

— Möglichkeiten zur Flexibilität des Drehautomaten. Sind nur

— geringe Innenbearbeitungen auszuführen, so kann der Revolver

— einen Doppelrundschalttakt ausführen und mit entsprechender

— Parallelbestückung der Innenbearbeitungswerkzeuge (6) in der 15 halben Anzahl von Schaltschritten einen kompletten Rundtakt

— aus ühren, was zu einer weiteren Taktzeitverkürzung führt. Ist

— umgekehrt eine sehr komplizierte Innenbearbeitung auszuführen,

— so kann der Werkzeugtrommelrevαlver (4) nur einen halben

— Rundschaltschritt ausführen, freie Werkzeugzwischenplätze

20 (2) (Fig.16) werden mit Werkzeugen besetzt, und der Anwender hat

— die doppelte Anzahl Innenbearbeitungswerkzeuge (6) zur

— Ver ügung. Die relativ hohe mögliche Zahl von Werkzeugplätzen

— erlaubt auch den Verzicht auf Formwerkzeuge und den vermehrten

— Einsatz von Nur mwerkzeugeπ. Desgleichen können vermehrt

25 Innenentgratwerkzeuge untergebracht werden. Es besteht die

— Möglichkeit parallele Werkzeugsätze (ώa,6b) (Fig.8)

- einzurichten, sodaß nach Verschleiß des ersten auf den zweiten

- Werkzeugsatz umgeschaltet wird, wobei der jeweils andere Satz

- mittaktet ohne in Eingriff zu kommen. Der andere Werkzeugsatz

- kann auch einem anderen Werkstück zugeordnet sein und erst bei 5 Prαduktwechsel zum Einsatz kommen, wobei die jeweilige

- Maßeinstellung der Werkzeuge erhalten bleibt. Diese

- Maßeinstellung für ein öfters zu fertigendes Produkt kann auch

- durch komplettes Auswechseln eines zusätzlichen ring- oder

- scheibenförmigen Werkzeugträgers auf dem Revolver (4) erhalten 10 bleiben. Auch kann ein Revolver beidseitig mit Werkzeugen

- bestückt werden und durch 180 Grad Wendung der benötigte

- Werkzeugsatz ausgewählt werden.

- Zur Verbesserung des Spänefalls können zunächst

- Spanϊeitbleche in den Teilkreis (14) unterhalb der

15 obenliegenden Spindeln (9) montiert werden, da diese Anordnung

- ortsfest ist. Eine weitere Möglichkeit ist das Nichtbesetzen

- von durch Teilkreis und Teilung vorgegebenen unteren

- Spindelplätzen (Fig.7—9, 15) . Die Späne können nun, ohne

- untenliegende Spindeln (9) zu verstopfen, von den oberen

20 Spindeln (9) herunter in den Spänebehälter fallen, womit eine

- Hauptstörungsursache bei der Drehbearbeitung beseitigt ist.

- Eine weitere vorteilhafte Spindelanordnung durch Lücken auf

- dem Teilkreis (14) ist die Gestaltung einer bevorzugten

_ Bedienerseite (Fig. i2, iB,20) . Dies erleichtert em Bediener die

25 Betreuung und Überwachung des Drehautomaten erheblich. Alle

- Funktionen, insbesondere Störungsbeseitigung und

- Werkzeugwechsel, können von einer Seite ausgeführt werden. Es

- ist nicht wie bei symmetrischen Anordnungen erforderlich um die

- Maschine herumzulaufen. Damit kann auch Bedienungspersonal

- eingespart werden. Zur weiteren Erhöhung des Bedienungskomfort 5 kann der Revolver auch schwenkbar ausgeführt werden, wodurch

- die Werkstückspindeln (z.B. zum Reinigen) frei zugänglich

- werden.

- Der er indungsgemäße Mehrspindeldrehautomat kann von weniger

- qualifiziertem Personal betreut werden, da das Umrüsten auf ein 10 anderes Produkt leichter ist, da der Bedienungskomfort größer

- ist und da der Kontrαllau wand geringer ist. Maßkαrrekturen

- können bei laufender Maschine erfolgen.

- Die ortsfeste Anordnung der Werkstückspindeln (9) vereinfacht

- die Konstruktion der Werkstückspannung und eines

15 Stangenvorschubs. Qhne Rücksicht auf ein Massenträgheitsmoment

- ist eine steifere Spindellagerung möglich. Ein Umschlag ehler

- tritt nicht mehr auf. Die CNC—Querschlitten (10) können in

- beliebigen Winkeln den Spindeln (9) zugeordnet sein, ohne

- diesen zu vervielfachen. Der Teilkreis (14) kann ahne Rücksicht 20 auf F:αtationsträgheitsmoment vergrößert werden, wodurch die

- Stabilität und Bedienungsfreundlichkeit des erfindungsgemäßeπ

- Mehrspindeldrehautomaten weiter erhöht werden kann. Ohne

- Rücksicht auf Unwucht kann jedwede asymmetrische, jedoch εrgonomisch günstige Spindel Λi.ιsgp»hi1 d t werden.

25 CNC-Kreuzschlitten (10,12) und zugeordnete Werkstückspindel (9)

- sind fest miteinander verbunden und massiv gelagert, wodurch

- ein Maximum an Maßhaltigkeit und Qualität erreicht wird.

- Für die Innenwerkzeuge (6) genügt die Lagerung im Revolver

- (4), da zum einen hier die Maßhaltigkeit im Werkzeug liegt und

- zum anderen die Innenwerkzeuge häufig pendelnd gelagert werden. 5 Für Sonderfälle (z.B. Zentrieren) kann auch für die

- Innenbearbeitung auf die CNC-Kreuzschlitten (10,12)

- zurückgegri fen werden, wie natürlich umgekehrt zur

- Außenbearbeitung auch der Revolver herangezogen werden kann

- (z.B. Bolzengewinde).

10 Die Zu—/Abführung der Werkstücke (7) erfolgt vorzugsweise

- durch einen Roboter (17) der durch eine Aussparung (16) im

- Werkzeugtrommelrevolver (4) während des Rundtaktens jede

- Werkstückspindel (9) erreichen kann (Fig.19,20) . Die Anordnung

- ist weitgehend außerhalb des Spänebereichs, was zu einer 15 Minimierung von Störungen beiträgt. Die Werkstücke können

- spindelspezi isch einsortiert werden. Eine Integration von

- Reinigungs— und Meßstation ist einfach.

- Die Erfindung ist in den Zeichnungen schematisch dargestellt.

- Es zeigt

20 Fig.1-3 eine symmetrische Aus ührung des

- Mehrspindeldrehautomaten mit stehender Befestigung des

- Werkzeugrevolvers (4) am Maschinengestell (13). Die äußeren

- Konturen geben die relative Abmessung des Automaten an, sie

- können a ι_!ι als SchutzVerkleidung interpretiert werden. Das 25 Unterteil ist durch Maschinen üße angedeutet.

- Fig.l eine Ansicht des Revolvers (4) mit Werkzeugen (6) , wobei

- die Bearbeitungsfolge durch verschieden dicke Werkzeuge

- angedeutet ist.

- Fig.2 die entsprechende Seitenansicht.

- Fig.3 eine Ansicht der Spindeln, ortsfest auf dem Teilkreis

5 (14) , wobei alle Spindeln den gleichen Drehsinn haben, was die

- überköpfanordnung eines Teiles der Außenbearbeitungswerkzeuge (8) auf den CNC-Kreuzschlitten (10,12) bedingt.

- Fig.4— Variationen der Anzahl der Spindeln (9) auf dem

- Teilkreis (14). Hierbei wird die Sestaltungsfreiheit 10 hinsichtlich Teilkreisdurch esser, Schlittenwinkel und

- Schlittenbefestigung verdeutlicht. Die linke Maschinenhäl te _ ist jeweils mit horizontalen Schlitten ausgestaltet, was eine

- flache breite Maschine bedingt. Die Werkzeuge (8) haben die

- gleiche Be estigungsart. Die rechte haschinenhälfte ist mit 15 unterschiedlichen Schlittenwinkeln ausgeführt, wobei eine

- schmälere hohe Maschine entsteht. Die Werkzeugbefestigung muß

- hier unterschiedlich sein.

- Fig.4 eine Maschine mit vier Spindeln (9).

- Fig.5 eine Maschine mit sechs Spindeln (9), wobei ein Teil der 20 Schlitten (10,12) innerhalb des Teilkreises (14) befestigt ist,

- was möglich ist.

- Fig. eine Maschine mit acht Spindeln (9).

- Fig.7—9 Variationen zur Späne allOptimierung durch

- nichtbesetzte Spindelplätze.

25 Fig.7 eine Maschine mit einem fünfach unterteilten Teilkreis

- (14) , wobei nur vier Teilungen mit Spindeln (8) besetzt sind,

- sodaß die Späne aller Sindein störungsfrei nach unten fallen

- können.

- Fig.8 eine Maschine mit sechsfach unterteiltem Teilkreis (14),

- wobei nur vier Teilungen mit Spindeln (9) besetzt sind, sαdaß 5 wiederum alle Späne störungsfrei nach unten fallen können.

- Außerdem sind verschiedene Innenbearbeitungswerkzeuge (6)

- angedeutet, die in zwei parallele Gruppen zerfallen. Die Gruppe

- mit den schwarzen Vαllkreisen (6a) entspricht der

- Spindelteilung und ist wie dargestellt im Eingriff in den

10 Spindeln (9) . Die zweite Gruppe mit den kleinen konzentrischen

- Kreisen (6b) kann als Werkzeugreserve gelten. Solange der hier

- nicht dargestellte Revolver (4) mit der Spindelteilung als

- Rundschalttakt weitertaktet, bleibt immer die gleiche Gruppe

- Innenwerkzeuge Cώ) im Einsatz. Erfolgt ein halber

15 Rundschalttakt kommt nunmehr die andere Gruppe zum Einsatz.

- Fig.9 eine Maschine mit einem zwölffach unterteilten Teilkreis

- (14), wobei nur sechs Teilungen mit Spindeln (9) besetzt sind,

- sodaß wiederum die Späne störungsfrei nach unten fallen können.

- Auch hier sind zwei Gruppen von Iπnenwerkzeugen (6) angedeutet. 20 Diesmal ist die Anordnung seriell, sodaß die beiden Gruppen

- abwechselnd hintereinander zum Einsatz kommen. Man kann damit

- die doppelte Werkzeugwechselzeit erreichen.

- Fig.10-12 Maschinen mit ergαnαmischer Gestaltung.

- Fig.10 eine Maschine, bei der die? Anordnung dsr Schlitten

25 (10,12) dem Bediener einen breiten Zugriff zu den Spindeln (9)

- läßt. Außerdem ist wieder eine Revαl erbestückung mit zwei

— Gruppen von Innenwerkzeugen (6) dargestellt, wobei auf der

— Maschine eine Parallelbearbeitung von zwei verschiedenen

— Werkstücken erfolgt. Der Spindeltei1kreis (14) ist vierfach

— unterteilt,wobei alle Spindelplätze besetzt sind. Der

5 identische Revαlverteilkreis (1) ist zwölffach unterteilt und

— abwechselnd mit Innenwerkzeugen (6a) und (6b) besetzt. Der

— nicht dargestellte Revolver (4) taktet jeweils zwei Drittel der

— Spindelteilung weiter, wodurch gegenüberliegende Spindeln immer

— nur von einer Werkzeuggruppe (6) bearbeitet werden. Natürlich 10 läßt sich diese Spindelanordnung auch so darstellen, daß ein

— zwölffach unterteilter Spindelkreis nur viermal besetzt ist.

— Fig.11 eine Maschine mit besonders bedienungsfreundlicher

— Gestaltung in symmetrischer Anordnung.

— Fig.12 eine Maschine mit einer bevorzugten Bedienerseite. 15 Fig.13—15 ein Ausführungsbeispiel mit hängender

— Revolverbefestigung, gutem Spänefall und guter Zugänglichkeit

— in symmetrischer Ausführung.

— Fig.13 eine Ansicht des Werkzeugrevolvers (4) .

— Fig.14 eine Seitenansicht des Mehrspindeldrehautomaten.

20 Deutlich ist die vorteilhafte Aufhängung des Revolvers (4) am

— Maschinengestell (13) für das Wegschaffen der Späne.

— Fig.15 eine Ansicht der Spindeln (9) .

— Fig.16—18 ein Ausführungsbeispiel mit einer bevorzugten

— BεdienGrsεits.

25 Fig.lάj eine Ansicht des Werkzeugrevolverε (4) mit sechs

— Innenbearbeitungswerkzeugen (6) und auf Zwischenpαsitionen

- weitere sechs unbesetzte Werkzeugpl tze (2).

- Fig.17 eine Seitenansicht des Mehrspindeldrehautomaten. Die

- Bearbeitungsfolge ist durch verschieden lange

- Innenbearbeitungswerkzeuge (6) angedeutet.

5 Fig.18 eine Ansicht der Spindeln (9). Dabei sollen alle

- Werkzeugeingriffstellen im Blickfeld des Bedieners liegen.

- Fig.19—20 eine Ausführungs arm mit koaxialer Befestigung des

- Revolvers (4). Sowie eine automatische Zu-/Ab ührung durch

- einen Roboter (17).

10 Fig.19 die Anordnung des Roboters. Außerdem die Möglichkeit

- eines separaten Werkzeugantriebes.

- Fig.20 den Revolver (4) mit der Aussparung (16) durch die die

- Spindeln (9) zugänglich sind, sowie einen separaten koaxialen

- Werkzeugantrieb.

15 Anhand von Fig.16-18 wird die Funktionsweise eines

- Ausführungsbeispieles näher beschrieben:

- Auf einem Maschinengestell (13 ⁾ befinden sich ortsfest auf

- einem Teilkreis (14) vier waagrechte Werkstückspindeln (9),

- welche das zu bearbeitende Werkstück (7) aufnehmen. Der

20 Teilkreis (14) ist sechsfach unterteilt, wobei zwei mögliche

- Spindelplätze an der Seite nicht besetzt sind und damit dem

- Bediener Blick und Zugriff auf alle Werkstückspindeln (9)

- freigeben. Die Spindelteilung ist leicht aus der Senkrechten gedreht, damit Spindeln nicht übereinander liegen und ein guter

25 Spänefall gewährleistet wird. Auf gleichem Maschinengestel1

- (13) ist auf einem Linearschlitten (3) der

- Werkzeugtrommelrevolver (4) gelagert, der über Führungsbahnen

- (11) vorzugsweise CNC—gesteuert parallel zu den Spindelachsen

- verfahren werden kann. Der Werkzeugtrommelrevolver (4) kann um

- die gemeinsame Teilkreisachse in beliebigen Teilungsschritten, 5 die jedoch auf die Spindelteilung abgestimmt sein müssen,

- rundtakten. Auf dem Revolverteilkreis (1), der den gleichen

- Durchmesser wie der Spindelteilkreis (14) hat, befinden sich

- Werkzeugplätze (2), in denen in einem Spannelement (5)

- vorzugsweise Innenbearbeitungswerkzeuge (6) eingespannt sind. 10 Die Teilung der Werkzeugbestückung auf dem Revolver (4) muß auf

- die Spindelteilung abgestimmt sein. Beim Ruπdtakten des

- Revolvers kann nun durch Vorfahren des Schlitten (3)

- nacheinander jedes Werkzeug (6) in einem Werkstück (7) in einer

- Spindel (9) zum Eingriff gebracht werden. Weiterhin sind am 15 Maschinengestell (13) die CNC-Kreuzschlitten (10,12)

- angebracht. Die Bewegungsrichtungen sind wieder durch

- Führungsbahnen (11) angedeutet. Die vorzugsweise

- Außenbearbeitungswerkzeuge (8) sind hier auf dem Querschlitten

(10) befestigt. Durch Verfahren beider Schlitten (10,12) kann

20 das Werkzeug (8) am Werkstück (7) jede Form kopieren. Bei

- Verwendung gleichsinniger Innenwerkzeuge (6) und gleichsinniger

- Spindeldrehrichtung muß ein Teil der Außenwerkzeuge (8), wie

- dargestellt, hängend eingespannt werden.

- Der Fertigungsvorgang erfolgt ol endsrweise: Ein Rohling 25 wird in eine Werkstückspindel eingelegt. Der Rohling wird

- gespannt, die Spindel dreht hoch, das Außenwerkzeug (8) fährt

- zum Werkstück und der Revolver beginnt zu takten und bringt seine Innenwerkzeuge (6) jeweils zum Eingriff. Nachdem der

- Revolver durchgetaktet hat und alle erforderlichen

- Innenwerkzeuge das Werkstück bearbeitet haben, muß auch das

5 Außenwerkzeug (8) seine Bearbeitung durchgeführt haben, was zu

- erwarten ist, da es in der ganzen Zeit ungestört arbeiten

- konnte. Die Spindel bremst ab, das Teil wird entspannt und das

- fertige Werkstück kann entnommen werden. Eine

- Be-/Entladeanordnung zeigt Fig.19,20. Beim Rundtakten fällt bei 10 jeder Spindel ein fertiges Teil an.

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