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Die Erfindung betrifft eine Gelenkanordnung mit mindestens zwei Schwenkachsen zur Verbindung von einerseits Schlitten bzw. anderseits Spindelträger od. dgl. mit Stäben, für Werkzeugmaschinen mit stabkinematischer Positionierung der Werkzeuge bzw. allenfalls der Werkstücke.
Werkzeugmaschinen dieser Bauart benötigen eine grössere Anzahl von Gelenken, die einerseits besonders hoch belastbar sein müssen, anderseits aber möglichst wenig Gewicht aufweisen sollen. Geringe bewegte Massen und dennoch hohe Steifigkeit sind einander entgegenstehende Parameter. Dazu kommt noch die Forderung, eine Drehung um eine erste Achse von 360 und um eine zweite Achse von 180 zu ermöglichen. Die Genauigkeit eines solchen Gelenkes muss besonders hoch sein ; dies ist nur mit einer Reduktion der Konstruktionselemente möglich.
Eine bekannte, sehr stabile, jedoch auch schwere und grosse Konstruktion geht von einem ortsfest auf einem Schlitten oder der Trägerplatte für eine Bearbeitungseinheit montiertem Gehäuse aus, in dem eine Schwenkwelle gelagert ist. In der Schwenkwelle ist eine Schwenkachse gelagert. Das Gehäuse weist eine Öffnung auf, die auf den horizontalen und vertikalen Schwenkwinkel abgestimmt ist. Ferner sind Kugelgelenke bekannt, die eine Wälzlagerung aufweisen, jedoch die erforderliche Steifigkeit für die stabkinematische Positionierung auf Werkzeugmaschinen nicht gewährleisten.
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ordnung der eingangs beschriebenen Art anzugeben. Dies wird dadurch erreicht, dass auf den Schlitten oder dem Spindelträger ein Gelenkzapfen, z.
B. mittels einer Flanschverbindung, deren Zentrierdurchmesser vorzugsweise in der ersten Schwenkachse liegt, drehfest angeordnet ist, dass auf dem Gelenkzapfen ein Lagerringgehäuse, sowohl über ein radiales Nadellager als auch über mindestens ein axiales Nadellager drehbar gelagert ist und dass das Lagerringgehäuse diametral auskragende Achsstummel für die zweite Schwenkachse aufweist, auf welchen jeweils ein Schenkel eines das Lagerringgehäuse4 wenigstens teilweise übergreifenden Gabelkopfes auf jeweils einem radialen Nadellager und jeweils mindestens einem axialen Nadella-
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ger angelenkt sind, wobei der Gabelkopf mit einem Ende jeweils eines der Stäbe der Stabkinematik in Verbindung steht.
Die Ausführung ermöglicht einen Schwenkwinkel von 360 bezüg- lich der ersten Schwenkachse und einen Schwenkwinkel von 180 bezüglich der zweiten Schwenkachse. Damit kann die Fläche an die ein Kinematikstab angebunden ist, einen halbkugelförmigen Schwenkraum beschreiben. Die Kompaktheit der Nadellager, etwa im Gegensatz zu Kegelrollenlagern, auch bei einer Aufteilung der Kräfte auf eine radiale und zwei axiale Nadellager führt zu geringeren Gesamtabmessungen und zu einem sehr guten Gewichts-/Steifigkeitsverhältnis. Die Schwenkgenauigkeit kann entscheidend verbessert werden. Wenn der Gelenkzapfen unmittelbar in den Flansch übergeht, dessen Zentrierdurchmesser der ersten Schwenkachse entspricht, kann auf eine Vielzahl von Bauteilen verzichtet werden, die jeweils infolge ihrer Toleranzen einen zusätzlichen Justieraufwand erfordern.
Die Gelenkanordnung ergibt im Vergleich mit anderen Kardangel- % eken einen direkten Kraftfluss ohne Einbindung von zwischengeordneten Konstruktionselementen.
Ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemässen Gelenkanordnung ist in den Zeichnungen schematisch dargestellt. Fig. 1 zeigt einen Querschnitt gemäss I-I in Fig. 2 durch eine Gelenkanordnung auf einem Schlitten und Fig. 2 eine Draufsicht auf den Schlitten, teilweise geschnitten.
Auf einem Schlitten 1 einer Werkzeugmaschine, die einen Spindelträger stabkinematisch mit Hilfe von drei Schlitten positioniert, ist eine Gelenkanordnung 2 für einen Stab 3 vorgesehen. Ein Gelenkzapfen 4 ist mittels eines Flansches 5 und einer zylindrischen Zentrierfläche 6, die in eine Bohrung 7 greift, als einstückiger Baukörper unmittelbar auf den Schlitten 1 fixiert. Die Mittelachse des Gelenkzapfens 4 bildet einerseits die erste Schwenkachse 8 und gleichzeitig die Zentrierachse. Ein Lagerringgehäuse 9 umgreift den Gelenkzapfen 4. Es trägt diametral zueinander zwei Achsstummel 10,11, welche die zweite Schwenkachse 12 definieren.
Auf den Achsstummel 10,11 ist jeweils ein Schenkel 13,14 eines Gabelkopfes 15 gelagert. Der Gabelkopf 15 steht mit einem Ende (hier dem fussseitigen Ende) des Stabes 3 der Stabkinematik für die Werkzeugpositionierung in Verbindung.
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Das Lagerringgehäuse 9 ist mittels eines radialen Nadellagers 16 und zweier axialer Nadellager 17,18 auf dem Gelenkzapfen 4 um 3600 drehbar gelagert. Auf den beiden Achsstummeln 10,11 sind jeweils ein radiales Nadellager 19,20 und jeweils zwei axiale Nadellager 21,22 bzw. 23,24 für die Schenkel 13,14 des Gabelkopfes 15 vorgesehen. Damit ist der Stab 3 um 1800 schwenkbar. Der Stab 3 kann somit einen halbkugelförmigen Schwenkraum bestreichen. Die Nadellager 16 bis 24 gestatten eine kompakte Bauweise und führen zu einer Gewichtsreduktion und zu einem sehr guten Gewichts-/Steifigkeitsverhältnis der gesamten Gelenkanordnung.