DD240158A1 - Plan- bohr- und fraeskopf - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Plan-, Bohr- und Fraeskopf mit wechselbaren Schaftwerkzeugen fuer Bohr- und Fraesmaschinen oder aehnliche Werkzeugmaschinen. Ziel der Erfindung ist die Steigerung der Zerspanungsleistung und Verbesserung der Werkstueckoberflaechenguete im automatischen Fertigungsablauf. Es wird die Aufgabe geloest, automatisch wechselbare mehrschneidige Werkzeuge einzusetzen, die in jeder Arbeitsstellung des Planschiebers rotatorisch angetrieben sind, ohne dass ein zusaetzlicher Antriebsmotor erforderlich ist. Das Wesen der Erfindung besteht in einem mit einer Werkzeugspanneinrichtung versehenen zylindrischen Werkzeugaufnahmekoerper, der in einem auf dem Planschieber befindlichen Gehaeuse drehbar gelagert ist, dessen rueckseitiges Ende mit einer Antriebsscheibe verbunden ist, die ueber einen Getriebezug eine von der Planscheibe abgeleitete Rotationsbewegung erhaelt und ein am Spannelementetraeger befindlicher, durch die Antriebsscheibe hindurchragender, Druckbolzen zum Loesen der Werkzeugspannung mit einem auf der Planscheibe befindlichen Auflaufnocken in Wirkverbindung tritt. Der Getriebezug ist als abgestufter Zahnriementrieb ausgefuehrt. Schleifenwerkzeuge sind einsetzbar. Figur

Description

Hierzu 1 Seite Zeichnung

Anwendungsgebiet der Erfindung

Das Anwendungsgebiet erstreckt sich auf Plan-Bohr- und Fräsköpfe mit wechselbaren Schaftwerkzeugen für Bohr- und Fräsmaschinen oder ähnliche Werkzeugmaschinen, wie z. B. Aufbaueinheiten, Sondermaschinen, Bearbeitungszentren. Als spezielles Anwendungsgebiet kommen Plan-Bohr- und Fräsköpfe dieser Art für Horizontalbohr- und Fräsmaschinen mit numerischer Steuerung in Betracht, die als Zusatzgeräte zur Maschine selbst auswechselbar sind.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Es sind an die Werkzeugantriebsspindel oder den Spindelstock von Bohr- und Fräsmaschinen anbaubare Werkzeugköpfe bekannt, mit denen sowohl Ausbohr- als auch Plandreharbeiten an Werkstücken mit unterschiedlichen Bohrungsdurchmessern durchführbar sind. Zu diesem Zweck sind die Anbauten mit einem Drehteil versehen, auf welchen in radialen Führungen der Werkzeugschlitten — üblicherweise als Planschieber bezeichnet — einstellbar gelagert ist.

Sie enthalten alle erforderlichen Antriebselemente für die Planschieberbewegung, sofern es sich um selbständige Einheiten handelt, die auswechselbar an der Werkzeugmaschine aufgenommen sind.

Ein solcher Plandrehanbau ist in der DE-PS 878747; 49 a, 39/02 dargestellt. Dieser ist für koventionelle Werkzeugmaschinen bestimmt, weswegen die wesentlichen Funktionsabläufe auf Handbedienung ausgerichtet sind. Die verwendeten Bohr- und Drehstähle sind entweder direkt oder in einer Bohrstange aufgenommen und in Haltern auf dem Werkzeugschlitten befestigt. Sie müssen von Hand gewechselt werden. Für einen automatischen Fertigungsablauf eignet sich dieser Plandrehanbau daher nicht.

Aus der DE-OS 1477394; 49 a, 3/26 ist ein Drehkopf zum Aus- und Plandrehen bekannt, bei dem die Verstellbewegung des Planschiebers durch einen Stellmotor erfolgt, der über ein einstellbares, mit einer Programmsteuervorrichtung versehenes Drehwinkelmeßorgan steuerbar ist.

Damit ist erreicht, daß die Planschiebereinstellung mit der erforderlichen Genauigkeit in jede gewünschte Stellung bei umlaufender Antriebsspindel möglich ist. Somit kann die Werkstückbearbeitung ohne Unterbrechung ablaufen, wenn mit dem eingesetzten Werkzeug die notwendigen Bearbeitungsfolgen möglich sind. Macht sich der Einsatz eines anderen Dreh- oder Ausbohrwerkzeuges erforderlich, so muß auch bei dieser Einrichtung das Auswechseln von Hand vorgenommen werden.

Dadurch sind einer automatischen Fertigung Grenzen gesetzt. Abgesehen von der Tatsache, daß der Stellmotor am entgegengesetzten Ende gelagert ist, der Verstellmechanismus für den Planschieber aber durch die hohle Antriebsspindel hindurchgeht, ist eine Auswechslung des Drehkopfes gegen einen anderen Werkzeugkopf nicht gegeben.

Bei beiden Einrichtungen wirkt sich weiterhin nachteilig aus, daß bei ausgefahrenem Planschieber zur Bearbeitung größerer Bohrungen und bei höheren Drehzahlen zur Steigerung der Zerspanungsleistung Unwuchten auftreten, die das Bearbeitungsergebnis negativ beeinflussen.

Demgegenüber geht aus der DE-OS 1 552237; 49a, 3/26 ein Bohr-Fräs-Plandreh-Spindelkopf für Waagerecht-Bohrfräsmaschinen hervor, bei dem gleichzeitig mit der Planschieberbewegung in eine Richtung entgegengesetzt ein Ausgleichsgewicht verschoben wird, um die auftretenden Unwuchten zu verringern.

Weiterhin weist der Planschieber dieses Spindelkopfes in Richtung der Spindelachse eine konische Werkzeugaufnahmebohrung

auf und enthält eine durch Federkraft beaufschlagte Werkzeug-Kugelspanneinrichtung. Die Kugeln hintergreifen den Spannknauf des eingesetzten Kegelschaftwerkzeuges und halten es fest. Für den Lösevorgang ist gleichachsig im Spindelkopf ein mit einem Druckstück versehenes, hydraulisch axial bewegliches Schubrohr vorgesehen, welches bei ungefährer Mittelstellung des Planschiebers auf eine Angriffsfläche der Kugelspanneinrichtung drückt und die Werkzeugspannung löst. Durch die vorgesehene numerische Steuerung dieser Einrichtung wird in Verbindung mit einem Werkzeugwechsler ein automatischer Werkzeugwechsel ermöglicht. Der Betätigungsmechanismus ist relativ kompliziert und erfordert im Störungsfali die Demontage des gesamten Bohr-Fräs-Plandreh-Spindelkopfes. Wegen der Ausbildung der fernbetätigten Werkzeugspanneinrichtung durch die Hohlspindel ist der Austausch des Bohr-Fräs-Plandreh-Spindelkopfes durch einen anderen Werkzeugkopf, wie z. B. einen Winkelfräskopf, nicht durchführbar.

Bei allen bisher bekannten Plan- und Ausdreh-/Ausbohrköpfen gelangen feststehende einschneidige Werkzeuge zum Einsatz, wodurch die Zerspanungsleistung eingeschränkt ist. Die Anwendung höherer Drehzahlen führt zu größeren Unwuchten, die sich auf die Bearbeitungsgenauigkeit bzw. Oberflächengüte der Bearbeitungsflächen negativ auswirken.

In der DE-OS 1 552237 wird erwähnt, daß der Bohr-Fräs-Plandreh-Spindelkopf auch Fräsoperationen ermöglichen soll. Diese sind bei auf dem Maschinentisch oder -bett festgespanntem Werkstück und auf dem Planschieber undrehbar aufgenommenen Fräser nur in dessen Mittelstellung, d. h. bei gleichachsiger Stellung des Fräsers und Drehteiles des Spindelkopfes möglich und durch den jeweiligen Durchmesser des Fräsers begrenzt. Die Vorteile, die ein Planbearbeitungskopf bietet, können damit nicht genutzt werden.

Ziel der Erfindung

Als Ziel der Erfindung soll erreicht werden, daß unter Gewährleistung eines automatischen Fertigungsablaufes die Zerspanungsleistung gesteigert wird, eine verbesserte Oberflächengüte der Werkstückbearbeitungsflächen möglich wird und ein ungehindertes Auswechseln des Plan-Bohr- und Fräskopfes realisierbar ist.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Um die in der Charakteristik der bekannten technischen Lösungen aufgezeigten Ursachen der beschriebenen Mangel zu beseitigen, liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Plan-Bohr- und Fräskopf für Horizontalbohr- und Fräsmaschinen und dgl. Werkzeugmaschinen, der aus einem an den Spindelstock ansetzbaren, feststehenden Getriebegehäuse mit Antriebselementen sowie einer drehbaren Planscheibe mit auf ihr geführtem, radial zustellbarem Planschieber besteht, auf welchem ein mit einer Spann-/Löseeinrichtung für das Festziehen bzw. Ausstoßen von wechselbaren Schaftwerkzeugen ausgerüstetes Gehäuse befestigt ist, erfinderisch so auszugestalten, daß automatisch wechselbare mehrschneidige Werkzeuge mit geometrisch bestimmter oder unbestimmter Schneide einsetzbar sind, die in jeder Arbeitsstellung des Planschiebers rotatorisch angetrieben werden, ohne daß ein zusätzlicher Antriebsmotor erforderlich ist. Erfindungsgemäß wird das dadurch erreicht, daß in dem Gehäuse für die Werkzeugaufnahme ein mit dem Spannelementeträger versehener zylindrischer Werkzeugaufnahmekörper drehbar gelagert ist, der am rückseitigen Ende mit einer Antriebsscheibe verbunden ist, die über einen Getriebezug eine von der Planscheibe abgeleitete Rotationsbewegung erhält. Durch eine koaxiale Bohrung der Antriebsscheibe ragt ein zentrisch am Spannelementeträger angeordneter Druckboizen hindurch, der in einer Endstellung des Planschiebers in bekannter Weise mit einem auf der Planscheibe befindlichen Auflaufnocken in Wirkverbindung tritt. Zweckmäßigerweise ist der Getriebezug als abgestufter Zahnriementrieb ausgeführt. Mit einem ersten Zahnriementrieb erfolgt die Drehmomentübertragung auf eine Zwischenwelle, die parallel zur Planscheibenachse in der Planscheibe gelagert ist. Von der Zwischenwelle zur achsabstandsveränderlichen Antriebsscheibe des Werkzeugaufnahmekörpers sind zwei weitere Zahnriementriebe gelenkig miteinander derart verbunden, daß der Steg des einen Zahnriementriebes die Kurbel und der Steg des anderen Zahnriementriebes die Koppel einer Geradschubkurbelkette bildet, deren Gleitstein der Planschieber mit dem Gehäuse für die Werkzeugaufnahme und deren Gleitbahn die Führung des Planschiebers auf der Planscheibe ist. Gemäß einer weiteren Ausbildung der Erfindung ist zwischen dem Werkzeugaufnahmekörper und der Antriebsscheibe eine spielfreie Kupplung angeordnet. Sie ist vorzugsweise als Zahnkupplung ausgebildet, deren eine Kupplungshälfte mit dem Werkzeugaufnahmekörper verschraubt und deren andere Kupplungshälfte als Teil der Antriebsscheibe ausgeführt ist. Vorteilhafterweise trägt der Druckbolzen an seinem freien Ende ein Kalottenlager, worin eine Kugel aufgenommen ist. Dadurch wird die Reibung beim Auflaufen auf den Nocken zum Lösen der Werkzeugspannung gemindert.

Mit einer für das Schleifen erforderlichen Übersetzungswahl im Getriebezug zwischen Planscheibe und Antriebsscheibe des Werkzeugaufnahmekörpers können Schleifwerkzeuge zur Feinbearbeitung eingesetzt werden.

Ausführungsbeispiel

Die erfindungsgemäße Lösung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden. Die zugehörige Zeichnung zeigt schematisch das Aufbauprinzip des Plan-Bohr- und Fräskopfes.

Mittels einer auf einem Zentrierbund des Spindelstockes 1 angeordneten Adapterplatte einer numerisch gesteuerten Horizontalbohr- und Fräsmaschine wird ein Plan-Bohr- und Fräskopf wechselbar zentrisch aufgenommen. Im Getriebegehäuse 2 ist über eine Kreuzrollen-Wälzlagerung 3 eine Planscheibe 4 drehbar gelagert und wird über Mitnehmersteine 5 von der Hauptspindel der Werkzeugmaschine angetrieben. In Führungen 6 der Planscheibe 4 ist ein Planschieber 7 radial zustellbar geführt. Auf den Planschieber 7 ist ein Gehäuse 8 geschraubt, welches über Nadellager 9 einen zylindrischen Werkzeugaufnahmekörper 10 drehbar aufnimmt. In den Werkzeugaufnahmekörper 10 ist ein Kegelschaft-Fräswerkzeug 11 eingesetzt, welches über Mitnehmersteine 12 die Drehbewegungsübertragung erhält und von am Spannknauf 13 angreifenden

Spannelementen 14festgespanntwird. Ein axialbeweglicher, unter Federkraftvorspannung stehender, Spannelementeträger 15 besitzt einen auf der Rückseite angeordneten zentrischen Druckbolzen 16, der an seinem Ende eine Kugel 17 trägt. Bei erforderlichem Werkzeugwechsel gelangt der Druckbolzen 16 in Eingriff mit einem auf der Planscheibe 4 befestigten Auflaufnocken 18. Der Drehantrieb des Werkzeugaufnahmekörpers 10 mit Kegelschaft-Fräswerkzeug 11 erfolgt durch eine von der Planscheibe 4 abgeleitete Rotationsbewegung. Eine auf der Nabe der Planscheibe 4 befestigte Zahnriemenscheibe 19 ist über Zahnriemen 20 mit einer Zahnriemenscheibe 21 verbunden, die auf einer parallel zur Planscheibenachse in der Planscheibe

4 gelagerten Zwischenwelle 22 befestigt ist. Am anderen Ende der Zwischenwelle 22 ist auf ihr schwenkbeweglich ein Steg 23 eines weiteren Zahnriementriebes aufgenommen und eine Zahnriemenscheibe 24 befestigt.

Das als Lagerkopf ausgebildete obere Ende des Steges 23 nimmt eine Zwischenwelle 25 frei drehbar auf und dient als Gelenklager für das untere, gabelförmig ausgebildete Ende eines Steges 26 eines dritten Zahnriementriebes. Auf der Zwischenwelle 25 sind zwei Zahnriemenscheiben 27,29 befestigt, wobei die Zahnriemenscheibe 27 über Zahnriemen 28 von der Zahnriemenscheibe 24 angetrieben ist, während der Abtrieb von der Zahnriemenscheibe 29 über Zahnriemen 30 auf eine Antriebsscheibe 31 für den Werkzeugaufnahmekörper 10 erfolgt. Die Antriebsscheibe 31 ist koaxial zum Druckbolzen 16 angeordnet und mittels Wälzlager 32 in einer an der Rückseite des Planschiebers 7 befestigten Flanschbuchse 33 gelagert. Die Antriebsscheibe 31 ist alsTeil einer Zahnkupplung ausgebildet, die in eine Kupplungshälfte 34 eingreift, welche koaxial mit dem Werkzeugaufnahmekörper 10 verbunden ist. Da der Steg 26 mit seinem oberen Ende die Flanschbuchse 33 schwenkbeweglich umfaßt, können die durch die Planschieberverstellung auftretenden Achsabstandsänderungen von der Zwischenwelle 22 bis zur Antriebsscheibe 31 ausgeglichen werden. Der Steg 23 des einen Zahnriementriebes bildet die Kurbel und der Steg 26 des anderen Zahnriementriebes die Koppel einer Geradschubkurbelkette, deren Gleitstein der Planschieber 7 mit dem Gehäuse 8 und deren Gleitbahn die Führungen 6 auf der Planscheibe 4 sind.

Die radiale Zustellbewegung des Planschiebers 7 erfolgt durch einen an der Adapterplatte angeflanschten Stellmotor 35 mit Meßsystem über die numerische Maschinensteuerung. Eine zwischen Adapterplatte und Getriebegehäuse 2 vorgesehene Kupplung 36 ermöglicht die Bewegungsübertragung in bekannter Art durch Getriebeelemente auf ein in der Planscheibe 4 angeordnetes Ritzel 37, welches in eine am Planschieber 7 befestigte Zahnstange 38 eingreift.

Die Arbeitsweise ist folgende

Soll ein Plan-Bohr- und Fräskopf an die Werkzeugmaschine angesetzt werden, so befindet sich die Hauptspindel der Werkzeugmaschine in einer bestimmten Winkellage, die steuerungsseitig durch die Funktion „Spindelrichten" erreicht wird. Der Plan-Bohr- und Fräskopf ist indexiert, wobei sich der Planschieber 7 in seiner Mittelstellung befindet. Das Meßsystem des Stellmotors 35 weist einen definierten Wert auf. Beim Andocken des Plan-Bohr- und Fräskopfes an die Adapterplatte der Werkzeugmaschine wird überlappend mit dem Erzielen der Mitnahmeverbindung zur Hauptspindel durch die Mitnehmersteine

5 und Kupplung 36 zum Stellantrieb die Indexierung gelöst. Die Festspannung des Plan-Bohr- und Fräskopfes erfolgt durch automatisch betätigte Spannelemente zwischen der Adapterplatte und dem Getriebegehäuse 2.

Zur Aufnahme eines Kegelschaft-Werkzeuges 11 verfährt der Planschieber 7 in seine Wechselstellung, die außerhalb des Verstellbereiches für die Bearbeitung liegt. Bei dieser Bewegung trifft der Druckbolzen 16 mit Kugel 17 auf die Auflaufschräge des Auflaufnockens 18 und verschiebt den Spannelementeträger 15 entgegen der Federkraft in Richtung der Werkzeugaufnahmebohrung. Die Spannelemente 14 werden dabei aufgespreizt, so daß eine Lösestellung für das Einsetzen eines Kegelschaft-Werkzeuges 11 eingenommen wird. Kurz vor Erreichen des Endes der Auflaufschräge des Auflaufnockens 18 schaltet der Planschieberverstellantriebab. Das Einsetzen und Wechseln der Werkzeuge 11 geschieht durch automatische Werkzeugwechseleinrichtungen bekannter Art. Ist ein Werkzeug 11 aufgenommen, wird der Planschieber 7 in entgegengesetzte Richtung verfahren, wodurch bei Verlassen des Auflaufnockens 18 durch den Druckbolzen 16 der Werkzeugspannvorgang erfolgt. Da beim automatischen Werkzeugwechsel eine Übereinstimmung der Lage der Mitnehmersteine 5 der Hauptspindel mit den Mitnehmersteinen 12 des Werkzeugaufnahmekörpers 10 erforderlich ist, muß eine spielfreie Rotationsbewegungsübertragung erfolgen. Das wird durch die Verwendung der Zahnriementriebe gewährleistet. Durch den Einsatz mehrschneidiger Werkzeuge läßt sich die Zerspanungsleistung wesentlich steigern. Die bei den bekannten Plan- und Ausbohr-/Ausdrehköpfen bei höheren Drehzahlen und ausgefahrenem Planschieber auftretenden großen Unwuchten werden mit dem erfindungsgemäßen Plan-Bohr- und Fräskopf duch Herabsetzung der Planscheibendrehzahl und zusätzlicher Rotation des Werkzeuges weitestgehend unwirksam.

Ein automatischer Fertigungsablauf ist durch den automatischen Werkzeugwechsel und zusätzlich vornehmbarem Wechseides Plan-Bohr- und Fräskopfes realisiert, wobei an der Trennstelle keine Energiekopplung notwendig ist.

Die zwischen dem rotierenden Werkzeugaufnahmekörper und der Antriebsscheibe vorgesehene Zahnkupplung erweist sich als besonders vorteilhaft, wenn das Gehäuse aus bestimmten Gründen vom Planschieber abgenommen werden muß.

Claims (5)

1. -1 - £AV IÖÖ Erfindungsanspruch:

   1. Plan-Bohr-und Fräskopf für Horizontal bohr-und Fräsmaschinen und dgl. Werkzeugmaschinen, der aus einem an den Spindelstock ansetzbaren, feststehenden Getriebegehäuse mit Antriebselementen sowie einer drehbaren Planscheibe mit auf ihr geführtem, radial zustellbarem Planschieber besteht, auf welchem ein mit einer SpannVLöseeinrichtung für das Festziehen bzw. Ausstoßen von wechselbaren Schaftwerkzeugen ausgerüstetes Gehäuse befestigt ist, gekennzeichnet dadurch, daß in dem Gehäuse (8) ein mit dem Spannelementeträger (15) versehener zylindrisch er Werkzeugaufnahmekörper (10) drehbar gelagert ist, der am rückseitigen Ende mit einer Antriebsscheibe (31) verbunden ist, die über einen Getriebezug eine von der Planscheibe (4) abgeleitete Rotationsbewegung erhält und daß durch eine koaxiale Bohrung der Antriebsscheibe (31) ein zentrisch am Spannelementeträger (15) angeordneter Druckbolzen (16) hindurchragt, der in einer Endstellung des Planschiebers (7) in bekannter Weise mit einem auf der Planscheibe (4) befindlichen Auflaufnocken (18) in Wirkverbindung tritt.
2. 2. Plan-Bohr- und Fräskopf nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß der Getriebezug als abgestufter Zahnriementrieb ausgeführt ist, wobei mit einem ersten Zahnriementrieb die Drehmomentübertragung von der Planscheibe (4) auf eine Zwischenwelle (22) erfolgt, die parallel zur Planscheibenachse in der Planscheibe (4) gelagert ist und von der Zwischenwelie (22) zur achsabstandsveränderlichen Antriebsscheibe (31) des Werkzeugaufnahmekörpers (10) zwei weitere Zahnriementriebe gelenkig miteinander derart verbunden sind, daß der Steg (23) des einen Zahnriementriebes die Kurbel und der Steg (26) des anderen Zahnriementriebes die Koppel einer Geradschubkurbelkette bildet, deren Gleitstein der Planschieber (7) mit dem Gehäuse (8) für die Werkzeugaufnahme und deren Gleitbahn die Führung (6) des Planschiebers (7) auf der Planscheibe (4) ist.
3. 3. Plan-Bohr- und Fräskopf nach Punkt 1 oder 2, gekennzeichnet dadurch, daß zwischen dem Werkzeugaufnahmekörper (10) und der Antriebsscheibe (31) eine spielfreie Kupplung vorgesehen ist, die vorzugsweise als Zahnkupplung ausgebildet ist, deren eine Kupplungshälfte (34) mit dem Werkzeugaufnahmekörper (10) verschraubt und deren andere Kupplungshälfte als Teil der Antriebsscheibe (31) ausgeführt ist.
4. 4. Plan-Bohr- und Fräskopf nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß der Druckbolzen (16) an seinem freien Ende ein Kalottenlager trägt, worin eine Kugel (17) aufgenommen ist.
5. 5. Plan-Bohr-und Fräskopf nach Punkt ^gekennzeichnet dadurch, daß Schleifwerkzeuge einwechselbar sind.