Hamann, Jens (Marie-juchacz-str. 11, Fürth, 90765, DE)
Ladra, Uwe (Karl-may-str. 12, Erlangen, 91056, DE)
Tröndle, Hans-peter (Südhang 14, Forchheim, 91301, DE)
Haj-fraj, Ali (Isaak-loewi-str. 21, Fürth, 90763, DE)
Hamann, Jens (Marie-juchacz-str. 11, Fürth, 90765, DE)
Ladra, Uwe (Karl-may-str. 12, Erlangen, 91056, DE)
Tröndle, Hans-peter (Südhang 14, Forchheim, 91301, DE)
| 1. | Werkzeugkopf zum Bewegen eines Werkzeugs ( 6 ) mit mehreren beweglichen Achsen (. |
| 2. | , 4 , 5 , 8 , 11 ) , durch die das Werkzeug ( 6 ) linear und drehbar bewegbar ist , einem Kombinationsantrieb ( 10 ) zum Antrieb einer Achse, mittels dessen von der vom Kombinationsantrieb ( 10 ) ange¬ triebenen Achse ( 11 ) eine Linear und Drehbewegung ausführbar ist . |
| 3. | 2 Werkzeugkopf nach Anspruch 1 , d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass eine Achse als Schwenkachse ( 5 ) ausgebildet ist und der Kombinationsantrieb ( 10 ) mittels der Schwenkachse ( 5 ) schwenkbar ist . |
| 4. | Werkzeugkopf nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass eine Achse als Linearachse (2 ) ausgebildet ist und der Kombinati¬ onsantrieb ( 10 ) mittels der Linearachse (2 ) linear bewegbar ist . |
| 5. | Werkzeugkopf nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Li¬ near und Drehbewegung der vom Kombinationsantrieb ( 10 ) ange triebenen Achse ( 11 ) gleichzeitig ausführbar ist . |
| 6. | Werkzeugmaschine, Produktionsmaschine und/oder Roboter mit einem Werkzeugkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 4. |
| 7. | Verwendung eines Kombinationsantriebs ( 10 ) zum Antrieb ei¬ ner Achse ( 11 ) eines Werkzeugkopfs zum Bewegen eines Werk¬ zeugs , wobei von der vom Kombinationsantrieb ( 10 ) angetriebe¬ nen Achse ( 11 ) eine Linear und Drehbewegung ausführbar ist . |
| 8. | Verfahren zur Bewegungsführung eines Werkzeugs ( 6 ) mit einem Werkzeugkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 4 , d a ¬ d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass eine Auftei lung einer linearen Bewegung des Werkzeugs ( 6 ) erfolgt indem hochdynamische lineare Bewegungsanteile des Werkzeugs im We¬ sentlichen mittels der vom Kombinationsantrieb ( 10 ) angetrie¬ benen Achse ( 11 ) ausgeführt werden und niederdynamische line¬ are Bewegungsanteile des Werkzeugs ( 6 ) im Wesentlichen von einer weiteren Achse (2 ) ausgeführt werden . |
Werkzeugkopf zum Bewegen eines Werkzeugs mit mehreren beweg ¬ lichen Achsen
Die Erfindung betrifft einen Werkzeugkopf zum Bewegen eines Werkzeugs mit mehreren beweglichen Achsen, sowie die Verwendung eines Kombinationsantriebs zum Antrieb einer Achse eines Werkzeugkopfs zum Bewegen eines Werkzeugs .
Weiterhin betriff die Erfindung ein Verfahren zur Bewegungsführung eines Werkzeugs mit dem oben genannten Werkzeugkopf .
Bei Maschinen wie z . B . Roboter, Produktionsmaschinen und/oder Werkzeugmaschinen werden handelsüblich Werkzeugköpfe zum Bewegen eines Werkzeugs mit mehreren beweglichen Achsen, durch die das Werkzeug linear und drehbar bewegbar ist , eingesetzt . Insbesondere bei Fräsmaschinen werden solche Werkzeugköpfe eingesetzt .
In Figur 1 ist eine handelsübliche Fräsmaschine mit einem feststehenden Portal 14 dargestellt . Die Fräsmaschine weist einen Werkzeugkopf 1 auf, der unter anderem eine Zl-Achse 2 aufweist , mittels der er in Richtung des dargestellten Pfeils vertikal auf und ab bewegbar ist . Weiterhin weist die Maschi ¬ ne eine X-Achse 3 , mittels der der Werkzeugkopf 1 in Richtung des dargestellten Pfeils , horizontal nach links oder rechts gemäß Figur 1 bewegt werden kann und eine Y-Achse 16 mittels der der Werkzeugkopf 1 in Richtung des dargestellten Pfeils , horizontal nach vorne oder hinten gemäß Figur 1 bewegt werden kann, auf .
In Figur 2 ist eine handelsübliche Ausführungsform eines Werkzeugkopfes dargestellt . Neben der Zl-Achse 2 weist der Werkzeugkopf zur Durchführung einer Drehbewegung ( siehe zugehöriger Pfeil) eine Drehachse 4 und zur Durchführung einer weiteren Drehbewegung in Form einer Schwenkbewegung eine
Schwenkachse 5 auf . Auf der Schwenkachse 5 ist ein Antrieb schwenkbar montiert , der mittels der Schwenkachse 5 in Form einer Schwenkbewegung ( siehe zugehöriger Pfeil) gedreht werden kann . Der Antrieb 7 weist eine rotatorische Welle 8 auf, die ein Werkzeug 6 , z . B . ein Fräskopf, in eine Drehbewegung ( siehe Pfeil 15 ) versetzt . Jede Achse besitzt dabei einen ei ¬ genen jeweilig zugeordneten Antrieb, wobei der Antrieb der Zl-Achse 2 , der Drehachse 4 , und der Schwenkachse 5 , der Ü- bersichtlichkeit halber und da sie für das Verständnis der Erfindung unwesentlich sind, nicht dargestellt sind . Mit Hil ¬ fe der Zl-Achse kann der Werkzeugkopf eine Linearbewegung in vertikale Richtung nach oben oder nach unten durchführen . Mit Hilfe der Drehachse 4 kann die nachfolgende Schwenkachse 5 in Richtung des eingezeichneten zugehörigen Pfeils gedreht wer- den und mit Hilfe der Schwenkachse 5 kann der Antrieb 7 eine Drehbewegung in Form einer Schwenkbewegung durchführen . Die drehende Welle 8 bildet eine weitere Drehachse, die sich in Richtung des eingezeichneten zugehörigen Pfeils 15 dreht und auch als Spindelachse bezeichnet wird .
Aufgrund der im Vergleich zu den anderen Achsen relativ großen Massen, die mit Hilfe der Zl-Achse 2 bewegt werden müs ¬ sen, bildet die Zl-Achse hinsichtlich der erreichbaren Bewegungsdynamik der Maschine die beschränkende Achse . Aufgrund der großen Masse und der damit verbundenen Trägheit der Zl- Achse 2 hinsichtlich der Bewegungsführung sind nur wesentlich kleinere Beschleunigungen als auf den anderen Achsen erreichbar . Insbesondere z . B . beim Formfräsen von Werkstücken führt das zu wesentlich größeren Bearbeitungszeiten und damit höhe- ren Kosten .
Aus der deutschen Patentanmeldung mit dem Anmeldeaktenzeichen 10 2004 056 210.5 ist ein Rotationslinearantrieb mit einer Rotationsantriebseinrichtung bekannt .
Aus der deutschen Patentanmeldung mit dem Anmeldeaktenzeichen 10 2004 045 493.0 ist eine elektrische Maschine, welche ins-
besondere als Antrieb für eine Spritzgießmaschine vorgesehen ist , wobei die elektrische Maschine zur Ausführung einer Li ¬ nearbewegung einen ersten elektrischen Motor und zur Ausführung einer Drehbewegung einen zweiten elektrischen Motor auf- weist , bekannt .
Aus der Veröffentlichung im Internet „Antrieb für kombinierte Rotations- und Axialbewegung z . B . einer Pinole in einer Werkzeugmaschine", www . ip . com, IPCOM000028477D, Holger Schunk, Erich Bott , ist ein Antrieb für eine kombinierte Rotations ¬ und Axialbewegung, bekannt .
Aus der deutschen Offenlegungsschrift DE 10324601 Al ist eine Antriebsvorrichtung für eine Linear- und Rotationsbewegung bekannt .
Aus der deutschen Patentanmeldung mit dem Anmeldeaktenzeichen 10 2004 056 211.3 ist ein Rotationslinearantrieb mit einer Linearantriebseinrichtung, die ein Primärteil und ein Sekun- därteil aufweist , wobei das Sekundärteil als Außenläufer aus ¬ gestaltet ist und eine Gebereinrichtung zur Erfassung einer Linearbewegung und/oder einer Rotationsbewegung des Sekundärteils zumindest teilweise im Inneren des Primärteils angeord ¬ net ist , bekannt .
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, mit Hilfe eines ge ¬ eigneten Werkzeugkopfes eine hohe Dynamik der Bewegung eines Werkzeugs zu ermöglichen .
Diese Aufgabe wird gelöst durch einen Werkzeugkopf zum Bewe ¬ gen eines Werkzeugs mit
- mehreren beweglichen Achsen, durch die das Werkzeug linear und drehbar bewegbar ist ,
- einem Kombinationsantrieb zum Antrieb einer Achse, mittels dessen von der vom Kombinationsantrieb angetriebenen Achse eine Linear- und Drehbewegung ausführbar ist .
Weiterhin wird diese Aufgabe gelöst durch die Verwendung ei ¬ nes Kombinationsantriebs zum Antrieb einer Achse eines Werk ¬ zeugkopfs zum Bewegen eines Werkzeugs , wobei von der vom Kom ¬ binationsantrieb angetriebenen Achse eine Linear- und Drehbe- wegung ausführbar ist .
Weiterhin wird diese Aufgabe gelöst durch ein Verfahren zur Bewegungsführung eines Werkzeugs mit einem Werkzeugkopf, wo ¬ bei eine Aufteilung einer linearen Bewegung des Werkzeugs er- folgt indem hochdynamische lineare Bewegungsanteile des Werk ¬ zeugs im Wesentlichen mittels der vom Kombinationsantrieb an ¬ getriebenen Achse ausgeführt werden und niederdynamische li ¬ neare Bewegungsanteile des Werkzeugs im Wesentlichen von ei ¬ ner weiteren Achse ausgeführt werden .
Es erweist sich dabei als vorteilhaft , wenn eine Achse als Schwenkachse ausgebildet ist und der Kombinationsantrieb mit ¬ tels der Schwenkachse schwenkbar ist . Hierdurch wird ein be ¬ liebiges Drehen des Kombinationsantriebs ermöglicht , so dass eine hochdynamische Bewegungsführung in nahezu jeder Bewe ¬ gungsrichtung möglich ist .
Ferner erweist es sich als vorteilhaft , wenn eine Achse als Linearachse ausgebildet ist und der Kombinationsantrieb mit- tels der Linearachse linear bewegbar ist . Dies hat den Vor ¬ teil, dass die gesamte nachgeordnete Schwenkachse hoch dyna ¬ misch bewegbar ist .
Weiterhin erweist es sich als vorteilhaft , dass die Linear- und Drehbewegung der vom Kombinationsantrieb angetriebenen
Achse gleichzeitig ausführbar ist . Hierdurch wird das kombi ¬ nierte Durchführen komplexer Bewegungsvorgänge ermöglicht .
Weiterhin erweist es sich als vorteilhaft , eine Werkzeugma- schine, Produktionsmaschine und/oder einen Roboter mit dem erfindungsgemäßen Werkzeugkopf auszubilden, da auf diesen
technischen Gebieten hohe Anforderungen an die Dynamik der Bewegungsführung gestellt werden .
Vorteilhafte Ausbildungen des Werkzeugskopfs ergeben sich analog zur vorteilhaften Verwendungen des Werkzeugkopfes und vorteilhaften Verfahren zur Bewegungsführung eines Werkzeugs und umgekehrt .
Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im Folgenden näher erläutert . Dabei zeigen :
FIG 1 eine handelsübliche Fräsmaschine, FIG 2 ein handelsüblicher Fräskopf, FIG 3 ein handelsüblicher Kombinationsantrieb,
FIG 4 eine erste Ausführungsform des erfindungsgemäßen
Werkzeugkopfs und
FIG 5 eine zweite Ausführungsform des erfindungsgemäßen Werkzeugkopfs .
Um eine wesentlich größere Dynamik in der Bewegungsführung des Werkstücks 6 in Richtung der Zl-Achse zu erreichen wird erfindungsgemäß , die in dem Ausführungsbeispiel vertikale Li ¬ nearbewegung der Zl-Achse teilweise auf eine zusätzliche hochdynamische lineare Z2-Achse verlegt . Diese Z2-Achse ist erfindungsgemäß mittels eines Kombinationsantriebs realisiert und in den Werkzeugkopf integriert . Aufgrund der kleinen Mas ¬ sen, die mittels der Z2-Achse verfahren werden müssen, können diese mit hoher Dynamik d . h . mit großer Beschleunigung ver- fahren werden . Der Verfahrbereich der zusätzlichen Z2-Achse kann entsprechend den jeweiligen Anforderungen variiert und optimiert werden . Die Aufteilung der Gesamtbewegung auf die Zl-Achse und die Z2-Achse erfolgt im Wesentlichen nach zeit ¬ optimalen Gesichtspunkten . Niederdynamische Bewegungsanteile (Anteile ohne hohe Beschleunigung) der Bewegung des Werkzeugs , die häufig bei größeren Bewegungen des Werkzeugs auf ¬ treten, werden dabei von der Zl-Achse ausgeführt , während
hochdynamische Bewegungsanteile (Anteile mit hoher Beschleu ¬ nigung) des Werkzeugs von der Z2-Achse ausgeführt werden . Ei ¬ ne Aufteilung einer linearen Bewegung des Werkzeugs erfolgt somit indem hochdynamische lineare Bewegungsanteile des Werk- zeugs mittels der vom Kombinationsantrieb angetriebenen Achse ausgeführt werden und niederdynamische lineare Bewegungsan ¬ teile des Werkzeugs von einer weiteren Achse ausgeführt wer ¬ den .
Die Aufteilung der Bewegung des Werkzeugs in einen hochdynamischen Bewegungsanteil und einen niederdynamischen Bewegungsanteil, sowie die Ansteuerung der Achsen erfolgt in ei ¬ ner Steuer- und/oder Regeleinrichtung der Maschine .
Erfindungsgemäß wird zur Realisierung der Z2-Achse in den
Werkzeugkopf ein Kombinationsantrieb zum Antrieb einer Achse integriert , mittels dessen die vom Kombinationsantrieb ange ¬ triebene Achse eine Linear- und Drehbewegung ausführen kann . Ein solcher Kombinationsantrieb ist aus der deutschen Offen- legungsschrift DE 103 24 601 Al bekannt .
In FIG 3 ist ein solcher Kombinationsantrieb schematisiert dargestellt . Der Kombinationsantrieb 10 , welcher in dem Aus ¬ führungsbeispiel in Form eines Elektromotors vorliegt , treibt eine Welle 11 an, die sich z . B . in Richtung des Pfeils 13 dreht . Der Elektromotor kann jedoch nicht nur die Welle 11 in Rotation versetzen, sondern die Welle 11 kann auch eine Linearbewegung 12 durchführen . Der Kombinationsantrieb 10 kann somit die Welle 11 sowohl rotatorisch als auch linear antrei- ben .
In FIG 4 ist eine erste Ausbildung des erfindungsgemäßen Werkzeugkopfes dargestellt . Mit Hilfe der Zl-Achse 2 kann der Kombinationsantrieb 10 in vertikale Richtung linear auf und ab bewegt werden . Der Kombinationsantrieb 10 treibt die Welle 11 an, wobei die Welle 11 , wie schon oben gesagt , vom Kombi ¬ nationsantrieb 10 sowohl rotatorisch als auch linear ange-
trieben wird . Die Welle 11 bildet somit eine Kombinationsach ¬ se, die aus der Drehachse 13 und einer linearen Z2-Achse 12 gebildet wird . Die Kombinationsachse, die vom Kombinationsan ¬ trieb angetrieben wird, kann somit eine Linear- und Drehbewe- gung ausführen, wobei die Linear- und Drehbewegung gleichzeitig ausgeführt werden können . In Figur 4 sind die beiden möglichen Bewegungen der Welle 11 dargestellt . Die Welle 11 ist mit der Schwenkachse 5 verbunden, so dass die Schwenkachse durch eine Drehbewegung der Welle 11 gedreht werden kann . Mit Hilfe der Schwenkachse 5 kann genau, wie schon bei Figur 1 beschrieben, ein Antrieb 7 in Richtung der Schwenkachse gedreht werden . Der Antrieb 7 treibt rotatorisch eine Welle 8 an, die wiederum ein Werkzeug 6 antreibt . Die Bewegung der Schwenkachse sowie die Rotation der Welle 8 sind durch ent- sprechende zugehörige Pfeile angedeutet . Mit Hilfe des Kombi ¬ nationsantriebs 10 ist , wie schon gesagt , durch die Welle 11 die hochdynamische lineare Z2-Achse 12 , die durch einen ent ¬ sprechenden Pfeil angedeutet ist und die Drehachse 13 , die ebenfalls durch einen entsprechenden Pfeil angedeutet ist , in Form einer Kombinationsachse realisiert . Lineare Bewegungs ¬ vorgänge in vertikaler Richtung, die eine hohe Beschleunigung erfordern, werden mit Hilfe der vertikalen Linearbewegung der Welle 11 , die vom Kombinationsantrieb 10 angetrieben ist , durchgeführt , während langsame Bewegungsvorgänge in vertika- ler Richtung durch die Zl-Achse ausgeführt werden . Das An ¬ triebssystem der Schwenkachse 5 sowie der Zl-Achse 2 ist der Übersichtlichkeit halber nicht dargestellt .
In FIG 5 ist eine weitere Ausbildung des erfindungsgemäßen Werkzeugkopfes dargestellt . Der Kombinationsantrieb 10 ist dabei anstelle des konventionellen rotatorischen Antriebs 7 in den Werkzeugkopf eingebaut . Die Welle 11 des Kombinations ¬ antriebs 10 bildet dabei wieder eine in lineare Richtung be ¬ wegliche Z2-Achse 12 und ist mit dem Werkzeug 6 verbunden, wobei durch eine entsprechende Drehbewegung der Welle 11 das Werkzeug 6 in Rotation versetzt wird . Das Werkzeug 6 kann z . B . in Form eines Fräskopfes vorliegen . Die Welle 11 stellt
somit eine Kombinationsachse dar, in der die Z2-Achse 12 und die so genannte drehende Spindelachse 13 realisiert sind . Der Kombinationsantrieb 10 ist wiederum mittels der Schwenkachse 5 drehbar . Die Schwenkachse 5 ist wiederum durch eine Dreh- achse 4 drehbar und der Werkzeugkopf ist mittels der Zl-Achse 2 des Werkzeugkopfs in vertikaler Richtung bewegbar . Weiterhin ist der Werkzeugkopf mittels der X-Achse und der Y-Achse ( siehe FIG 1 ) in horizontaler Richtung bewegbar . Funktionell gesehen stimmt Figur 5 ansonsten mit Figur 4 weitgehend über- ein .
Gegenüber der Ausführungsform gemäß FIG 4 besitzt die Ausführungsform gemäß Figur 5 den Vorteil, dass die hochdynamische Z2-Achse 12 nicht nur für hochdynamische lineare Bewegungs- Vorgänge in vertikaler Richtung zur Verfügung steht , sondern auch, wenn die Schwenkachse 5 entsprechend gedreht ist , für andere lineare Bewegungsrichtungen zur Verfügung steht .
Als direktes Messsystem zur Messung der Linear- und/oder Drehbewegung der Welle 11 des Kombinationsantriebs 10 kann dabei ein so genannter Kombinationsmaßstab zur Anwendung kommen, der vorzugsweise im Kombinationsantrieb 10 integriert ist . Aus der deutschen Patentanmeldung mit dem Anmeldeaktenzeichen 10 2004 056 211.3 ist eine geeignete Geberanordnung und Geberauswertung bekannt .
Weiterhin sei an dieser Stelle angemerkt , dass selbstverständlich die einzelnen drehbaren Achsen in beide Drehrichtungen drehbar sind und nicht nur in Richtung des jeweilig eingezeichneten Pfeils .
Next Patent: METHOD FOR OPTIMIZING THE FUNCTIONING OF A PLURALITY OF COMPRESSOR UNITS AND CORRESPONDING DEVICE