DE10000128C2 - Pneumatische Werkzeugmaschine - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Werkzeugmaschine nach den Oberbegriff des Patentanspruchs 1, wie sie aus DE 34 36 565 A1 bekannt ist. Spezieller be­ trifft die Erfindung eine pneumatische Werkzeugmaschine, die insbesondere für die Verwendung in der Luftfahrtindustrie angepaßt ist.

Pneumatische Werkzeugmaschinen sind weit verbreitet und sind aus Gründen ihrer Leistungsfähigkeit häufig gegenüber Werkzeugmaschinen mit elektrischem Antrieb bevorzugt.

So sind im Stand der Technik pneumatische Werkzeugmaschinen bekannt, mit einer durch einen pneumatischen Motor drehantreibbaren Treibwelle, einer an­ getriebenen Werkzeugwelle, einem Getriebemechanismus, der zwischen der Treibwelle und der Werkzeugwelle angeordnet ist, um die letztere anzutreiben, einer Gruppe von Meßaufnehmern zur Messung von Betriebsparametern der Maschine und einer zentralen Steuereinheit, in der Algorithmen gespeichert sind, zur Steuerung der Bearbeitungsprozesse in Abhängigkeit von Daten, die von den Meßaufnehmern empfangen werden, wobei der Getriebemechanismus eine Einrichtung zum Umschalten des Übersetzungsverhältnisses unter der Steuerung der Zentraleinheit aufweist.

Bei Werkzeugmaschinen dieser Art ist es möglich, die Betriebsweise der Maschi­ ne so anzupassen, daß vorgegebene Funktionszyklen ausgelöst werden, etwa die Schmierung einer das Bearbeitungswerkzeug tragenden Spindel, Sicherheitszy­ klen, Vorschub- und Rückzugszyklen für das Werkzeug in Abhängigkeit von der Tiefe der Bohrung, sofern die Maschine als Bohrmaschine verwendet wird, etc., und zwar in Abhängigkeit von Betriebsparametern der Maschine, die von den Meßaufnehmern geliefert werden, beispielsweise der Position des Werkzeugs in bezug auf das Werkstück, der Art des Werkzeugs, etc.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine pneumatische Werkzeugmaschine zu schaf­ fen, mit der es u. a. möglich ist, vorprogrammierte Funktionszyklen in Abhängig­ keit von Bearbeitungsparametern mit zwei verschiedenen Geschwindigkeiten auszuführen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den in Patentanspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst.

Die erfindungsgemäße Werkzeugmaschine kann außerdem eines oder mehrere der nachstehenden Merkmale für sich oder in technisch möglichen Kombinatio­ nen aufweisen:

• - der zweite Zahnradzug ist Teil des ersten Zahnradzuges;
• - wenigstens ein Teil des Getriebemechanismus ist lösbar an der Werkzeug­ maschine montiert und bildet ein Austauschmodul;
• - die Zentraleinheit weist in ihrem Speicher einen Algorithmus zur Steuerung der Drehzahl der Werkzeugwelle durch Vergleich der Ist-Drehzahl dieser Werk­ zeugwelle mit zulässigen Maximal- und Minimalwerten auf, zwischen denen der von der Zentraleinheit vorgegebene Drehzahlwert liegt;
• - der erste Zahnradzug übersetzt oder untersetzt die Drehzahl.

Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnun­ gen näher beschrieben, in denen zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung des Aufbaus einer erfindungsgemäßen Werkzeugmaschine:

Fig. 2 eine Detailansicht eines Teils der Werkzeugmaschine, in der der Kupplungsmechanismus in einer ersten Position gezeigt ist,

Fig. 3 eine vergrößerte Ansicht des in Fig. 2 gezeigten Kupp­ lungsmechanismus;

Fig. 4 den in Fig. 3 gezeigten Kupplungsmechanismus in einer zweiten Position; und

Fig. 5 den in Fig. 2 gezeigten Kupplungsmechanismus, wobei ein Teil der Ritzel des primären Zahnradsatzes fortgelassen ist, um einen einzigen Antriebszug beizubehalten.

In Fig. 1, in der der Aufbau einer pneumatischen Werkzeugmaschine gemäß der Erfindung schematisch dargestellt ist, erkennt man, daß diese Werkzeugma­ schine 10 in der Hauptsache einen pneumatischen Motor 12, eine durch den Motor 12 drehangetriebene Treibwelle 14, eine angetriebene Werkzeugwelle 16 und einen Getriebemechanismus 18 für den Drehantrieb der Werkzeugwelle 16 aufweist, der zwischen der Treibwelle 14 und dieser Werkzeugwelle 16 angeord­ net ist.

Eine Zentraleinheit 20, in der eine Gruppe von Algorithmen gespeichert ist, die zur Steuerung des Bearbeitungsprozesses in Abhängigkeit von Betriebsparame­ tern der Maschine, die von einem Satz von Meßaufnehmern 22 geliefert werden, und von für die Art des Bearbeitungswerkzeugs repräsentativen Parametern die­ nen, steuert die verschiedenen Funktionsteile der Maschine, insbesondere den Antrieb des pneumatischen Motors 12.

Der Getriebemechanismus 18 weist zwei Zahnradzüge 24 und 26 auf, die einen ersten Zahnradzug 24 bzw. einen zweiten Zahradzug 26 bilden.

Der erste Zahnradzug 24 gewährleistet den Drehantrieb der Werkzeugwelle 16 mit einer ersten Drehzahl V1 gemäß einem vorgegebenen Untersetzungsverhält­ nis, das durch die Konfiguration der Zahnräder dieses Zahnradzuges 24 bestimmt ist und beispielsweise ein Drittel beträgt.

Der zweite Zahnradzug 26 bewirkt seinerseits den Drehantrieb der Werkzeug­ welle 16 mit einer zweiten Drehzahl V2 gemäß einem bestimmten Übersetzungs- oder Untersetzungsverhältnis, das beispielsweise gleich 1 ist.

Die ersten und zweiten Zahnradzüge sind jeweils frei drehbar in bezug auf die Treibwelle 14 angeordnet. Ein mit der Treibwelle 14 drehfester Klauenring 28, der mit Hilfe eines pneumatischen Steuerorgans 30 unter der Steuerung durch die Zentraleinheit 20 axial in bezug auf die Treibwelle verschiebbar ist, kommt je nach der gewünschten Drehzahl V1 oder V2 wechselweise mit dem einen oder dem anderen Zahnradzug in Eingriff.

Der Klauenring 28 ist in bezug auf die Treibwelle 14 zwischen zwei Endlagen verstellbar, in denen er mit dem einen bzw. dem anderen Zahnradzug in Eingriff steht. In Fig. 1 steht der Klauenring 28 mit dem zweiten Zahnradzug 26 in Eingriff und bewirkt somit den Antrieb der Werkzeugwelle 16 mit der zweiten Drehzahl V2.

Das pneumatische Steuerorgan 30 weist einen Kolben 32 auf, der axialfest mit dem Klauenring 28 verbunden und in einer Kammer 34 verschiebbar ist, die Einrichtungen zur Zufuhr eines Druckfluids beiderseits des Kolbens 32 auf­ weist, unter der Steuerung durch ein Elektroventil 36, das durch die Zentralein­ heit 20 angesteuert und aus einer Druckquelle S mit Druckfluid versorgt wird.

Wie in Fig. 1 zu erkennen ist, bilden die ersten und zweiten Zahnradzüge einen gemeinsamen Zahnradzug und gehören somit zu derselben kinematischen Ket­ te, wobei der Klauenring 28 einen Teil des ersten Zahnradzuges kurzschließt, wenn er direkt mit dem zweiten Zahnradzug 26 in Eingriff steht.

Wenn ein Umschalten der Drehzahl erfolgen soll, beispielsweise ausgehend von der in Fig. 1 gezeigten Position, in der die angetriebene Werkzeugwelle 16 über den zweiten Zahnradzug 26 angetrieben wird, von der Drehzahl V2 auf die Dreh­ zahl V1, so steuert die Zentraleinheit 20 das Elektroventil 36 so an, daß Druck­ fluid aus der Druckquelle S in den linken Teil der Kammer 34 eingeleitet wird. Die dadurch verursachte Verschiebung des Kolbens 32 bewirkt eine Verstellung des Klauenrings 28, der mit dem ersten Zahnradzug 24 in Eingriff kommt und so den Drehzahlwechsel verursacht.

Um dagegen ein Umschalten der Drehzahl von der Drehzahl V1 auf die Drehzahl V2 zu bewirken, ausgehend von einer Position, in der die Werkzeugwelle 16 über den ersten Zahnradzug angetrieben wird, der den zweiten Zahnradzug ein­ schließt, genügt es, das Druckfluid in den rechten Teil der Kammer 34 einzulei­ ten, wodurch der Klauenring 28 so verstellt wird, daß er direkt mit dem zweiten Zahnradzug 26 in Eingriff kommt.

Wie bereits zuvor erwähnt wurde, bewirkt der erste Zahnradzug 24 eine Herab­ setzung der Drehzahl in bezug auf die Drehzahl der Treibwelle 14, während der zweite Zahnradzug 26 eine Übertragung der Drehung der Treibwelle 14 mit ei­ nem anderen Unter- oder Übersetzungsverhältnis bewirkt, das beispielsweise gleich 1 ist.

Gemäß einer Abwandlung ist es selbstverständlich möglich, den ersten Zahn­ radzug so zu modifizieren, daß die Drehung der Treibwelle 14 mit einem ande­ ren Unter- oder Übersetzungsverhältnis übertragen wird, das beispielsweise bis zu drei betragen kann, wodurch es möglich wird, einen pneumatischen Motor 12 zu verwenden, der bei gleicher Leistung eine kleinere Drehzahl hat, und somit die Kräfte auf die Lager entsprechend anders zu verteilen.

Der Getriebemechanismus wird unter Bezugnahme auf Fig. 2 bis 4 näher beschrieben. In diesen Figuren sind die Zentraleinheit 20, die Meßaufnehmer und die Einrichtungen zur Steuerung der Druckfluidzufuhr zu der Kammer 34 nicht gezeigt.

In Fig. 2 und 3 ist der Getriebemechanismus in einer ersten Position gezeigt, die einer ersten Drehzahl der Werkzeugwelle 16 entspricht, während Fig. 4 den Getriebemechanismus in einer zweiten Position zeigt, die einer zweiten Drehzahl der Werkzeugwelle entspricht.

In diesen Figuren ist zu erkennen, daß der erste Zahnradzug fünf Zahnräder 38, 40, 42, 44 und 46 umfaßt, die der Reihe nach miteinander in Eingriff stehen, während der zweite Zahnradzug durch zwei Zahnräder 44 und 46 des ersten Zahnradzuges gebildet wird.

Die Zahnräder 38 und 44 bilden die Enden der kinematischen Kette des ersten bzw. des zweiten Zahnradzuges, d. h., die Zahnräder 38 und 44 sind der Treib­ welle 14 am nächsten und sind so montiert, daß sie in bezug auf die Treibwelle 14 frei drehbar sind.

Das erste Zahnrad 38 des ersten Zahnradzuges ist unter Zwischenfügung eines Wälzlagers 50 an einem Flansch 48 montiert, der an einem Gehäuse 52 befestigt ist.

Das erste Zahnrad 44 des zweiten Zahnradzuges ist seinerseits mit Hilfe eines Wälzlagers 54 drehbar auf der Treibwelle 14 angeordnet. Im Gegensatz dazu ist der Klauenring 56 drehfest mit der Treibwelle 14 verbunden und in bezug auf diese Welle axial zwischen seinen beiden bereits erwähnten Endlagen verschieb­ bar, die in Fig. 2 und 4 gezeigt sind, um entweder das Zahnrad 38 des er­ sten Zahnradzuges oder das Zahnrad 44 des zweiten Zahnradzuges anzutreiben.

Man erkennt in diesen Figuren, daß der Klauenring 56 eine axiale Hülse 58 auf­ weist, die sich in Richtung auf die Kolbenstange 60 des Kolbens 32 erstreckt und mit dieser translationsfest verbunden ist.

Zu diesem Zweck ist zwischen dem Kopf einer am freien Ende der Kolbenstange 60 gehaltenen Schraube 64 und einer mit der Innenfläche der Hülse 58 verbun­ denen Innenhülse 66 ein Lager 62 gehalten, das eine Drehung des Klauenringes 56 relativ zum Kolben 32 ermöglicht.

Der Klauenring 56 weist an seinen entgegengesetzten Hauptflächen radiale Klauen 68 und 70 auf, die dem ersten Zahnrad 38 bzw. 44 des ersten bzw. zwei­ ten Zahnradzuges zugewandt sind.

Die Klauen 68 und 70 wirken mit entsprechenden radialen Klauen 72 und 74 an den Zahnrädern 38 und 44 zusammen. Im Betrieb treibt somit der Klauenring 56 je nach seiner Stellung entweder das erste Zahnrad 38 des ersten Zahnrad­ zuges oder direkt das erste Zahnrad 44 des zweiten Zahnradzuges an.

So ist es möglich, die Drehzahl der Werkzeugwelle 16 unter der Steuerung durch die Zentraleinheit 20 zu variieren, indem die Bewegung des Kolbens 32 in der Kammer 34 so gesteuert wird, daß man entweder ein erstes Drehzahlverhältnis erhält, in der in Fig. 2 und 3 gezeigten Position des Klauenrings 56, in der der Klauenring 56 mit dem Zahnrad 38 am Anfang des ersten Zahnradzuges in Eingriff steht, um die Werkzeugwelle 16 über die ersten und zweiten Zahnradzü­ ge anzutreiben, oder ein zweites Drehzahlverhältnis, indem der Klauenring 56 in die in Fig. 4 gezeigte Position gebracht wird, in der er mit dem ersten Zahnrad 44 des zweiten Zahnradzuges in Eingriff steht.

Wenn beispielsweise ein Werkstück gebohrt werden soll, das durch einen Ver­ bund aus verschiedenen Schichten aus unterschiedlichen Materialien, bei­ spielsweise Aluminium, Titan, Kohlenstoff, . . . mit vorgegebenen Dicken gebildet wird, so steuert die Zentraleinheit 20 anhand eines im Speicher enthaltenen spezifischen Programms und anhand von Daten, die den Vorschub des Werk­ zeugs angeben und beispielsweise von einem entsprechenden Positionsfühler ausgegeben werden, und ggf. anhand von Daten, die von einem Aufnehmer zur Identifizierung des Werkzeugtyps ausgegeben werden, die Drehzahl der Werk­ zeugwelle 16 sowie den Vorschub des Werkzeugs derart, daß die Bearbeitungs­ geschwindigkeit in Abhängigkeit von der durchbohrte Schicht angepaßt wird.

Bevorzugt enthält die Zentraleinheit 20 in ihrem Speicher einen Algorithmus zur Steuerung der Drehzahl der Werkzeugwelle 16, der die Ist-Drehzahl des Werk­ zeugs mit einem Bereich zulässiger Drehzahlen vergleicht, der die vorgegebene Drehzahl enthält, um den Ablauf einer Sicherheitsprozedur bekannter Art zu veranlassen, wenn die gegebene Drehzahl außerhalb der zulässigen Grenzen liegt.

Zum Beispiel beträgt die obere Grenze des Bereichs zulässiger Drehzahlen 100% der vorgegebenen Drehzahl, während die untere Grenze 50% der vorgegebenen Drehzahl beträgt.

Schließlich ist in den Figuren zu erkennen, daß die Werkzeugmaschine vorzugs­ weise ein axiales Schmierorgan 76 herkömmlicher Bauart aufweist, das eben­ falls durch die Zentraleinheit 20 gesteuert wird und in der Lage ist, ein Schmier­ mittel mit Hilfe eines in der Werkzeugwelle 16 gleitenden Kolbens in die Werk­ zeugwelle zu injizieren.

Schließlich ist zu bemerken, daß der beschriebene Zahnradmechanismus eine lösbare und austauschbare Baugruppe bildet.

Wenn das Über- oder Untersetzungsverhältnis des ersten Zahnradzuges geän­ dert werden soll oder die Werkzeugwelle 16 direkt, ohne Übersetzung angetrie­ ben werden soll, so braucht nur der Deckel 80 abgenommen zu werden, der den Zahnradmechanismus aufnimmt, und die Kappe oder das Gehäuse 52 abge­ nommen und ausgetauscht zu werden, so daß die Zahnräder 38 bis 42 entfallen und ein Antrieb über das Zahnrad 44 bewirkt wird.

Wenn, wie in Fig. 5 gezeigt ist, die Werkzeugwelle 16 direkt, ohne Übersetzung angetrieben werden soll, so werden die Zahnräder 38 bis 42 entfernt, und es wird ein Deckel 80 aufgesetzt, der die Treibwelle 14 abdeckt.

Auf diese Weise erhält man eine Werkzeugmaschine mit nur einer Geschwindig­ keit, die ein geringes Gewicht hat.

Claims (5)

1. Werkzeugmaschine mit einer durch einen Motor (12) drehantreibbaren Treibwelle (14), einer angetriebenen Werkzeugwelle (16), einem Getriebemecha­ nismus (18), der zwischen der Treibwelle (14) und der Werkzeugwelle (16) einge­ fügt ist, um die letztere anzutreiben, und der einen ersten Zahnradzug (24) und einen zweiten Zahnradzug (26) mit unterschiedlichen Übersetzungsverhältnissen aufweist, die jeweils frei drehbar in bezug auf die Treibwelle (14) angeordnet sind, und mit einer Einrichtung zur Änderung des Übersetzungsverhältnisses, die ein drehfest mit der Treibwelle (14) verbundens Kupplungsorgan (28, 56) aufweist, das mit Hilfe eines Steuerorgans (30) axial in bezug auf die Treibwelle (14) zwischen zwei Endlagen verschiebbar ist, in denen es entweder mit einem Zahnrad (38) des ersten Zahnradzuges oder einem Zahnrad (44) des zweiten Zahnradzuges in Eingriff steht, dadurch gekennzeichnet, daß

• - die Werkzeugmaschine eine pneumatische Werkzeugmaschine mit einem pneumatischen Motor (12) ist, die eine Gruppe von Meßaufnehmern (22) zur Messung von Betriebsparametern der Maschine und eine Zentraleinheit (20) aufweist, in der Algorithmen gespeichert sind, zur Steuerung der Bearbeitungs­ prozesse in Abhängigkeit von Daten, die von den Meßaufnehmern (22) empfan­ gen werden,
• - daß das Kupplungsorgan ein Klauenring (28, 56) ist, der auf seinen beiden entgegengesetzten Stirnflächen radiale Klauen (76, 70) aufweist, die dazu be­ stimmt sind, mit komplementären radialen Klauen (72, 74) an dem betreffenden Zahnrad (38, 44) jedes Zahnradzuges zusammenwirken,
• - und daß das Steuerorgan (30) ein pneumatisches Steuerorgan ist, das einen mit dem Klauenring verbundenen und in einer Kammer (34) verschiebbaren Kol­ ben (32) und eine Einrichtung zur Zufuhr von Druckfluid in die Kammer (34) beiderseits des Kolbens (32) mit einem durch die Zentraleinheit gesteuerten Elektroventil (36) aufweist.

2. Werkzeugmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Zahnradzug (26) Teil des ersten Zahnradzuges (24) ist.

3. Werkzeugmaschine nach einem der Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß wenigstens ein Teil des Getriebemechanismus (18) lösbar an der Werkzeugmaschine montiert ist und ein Austauschmodul bildet.

4. Werkzeugmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Zentraleinheit (20) in ihrem Speicher einen Algorithmus zur Steuerung der Drehzahl der Werkzeugwelle (16) durch Vergleich der Ist-Dreh­ zahl dieser Werkzeugwelle mit zulässigen Maximal- und Minimalwerten auf­ weist, zwischen denen der von der Zentraleinheit (20) vorgegebene Drehzahlwert liegt.

5. Werkzeugmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der erste Zahnradzug (24) die Drehzahl übersetzt oder untersetzt.