Die vorliegende Erfindung betrifft einen Plandrehkopf für Werkzeugmaschinen, insbesondere für Enden-Bearbeitungsmaschinen gemäss dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
Enden-Bearbeitungsmaschinen gehören zu den spanenden Werkzeugmaschinen, bei denen das Werkstück festgespannt steht und die Werkzeuge rotierend angetrieben sowohl axial gegen das Werkstück zugestellt als auch radial zur rotierenden Antriebsachse verschoben werden können. Die Radialverschiebung des Werkzeuges erfolgt dabei mit einem Planschieber des umlaufenden Plandrehkopfes. Der Planschieber enthält eine Werkzeugaufnahmevorrichtung. Enden-Bearbeitungsmaschinen werden zur Bearbeitung solcher Werkstücke eingesetzt, die nur schwer zu zentrieren und/oder selbst in Rotation zu versetzen sind, beispielsweise zur Bearbeitung von Statorgehäusen grösserer Elektromotoren oder von langem Stangenmaterial, das bei einem eigenen Rundlauf leicht ins Flattern kommen würde.
Eine bekannte Ausführung eines Plandrehkopfes ist im deutschen Gebrauchsmuster DE 8 526 208 offenbart und funktioniert derart, dass eine Werkzeugaufnahmevorrichtung am Plandrehkopf eine axiale Aufnahmeöffnung enthält, in welcher ein Werkzeughalter lagegesichert fixierbar ist. Die Lagefixierung erfolgt durch zwei einander diametral gegenüberliegende, symmetrisch zur Achse der Aufnahmeöffnung angeordnete und radial zur genannten Achse verschiebbar gelagerte und von einem zur Achse der Aufnahmeöffnung gerichteten Federdruck beaufschlagte Spannschieber. Diese ziehen den Werkzeughalter mit ihren achsseitigen Enden über Schrägflächen 11 in Axialrichtung in den Sitz in der Aufnahmeöffnung hinein.
Durch eine von aussen steuerbare Spreizvorrichtung können die Spannschieber entgegen dem Federdruck in eine einen Anzugsbolzen des Werkzeughalters freigebende, aussenliegende \ffnungsstellung überführt werden.
Diese bekannte Konstruktion weist den Nachteil auf, dass die Kraft zum Festhalten des Werkzeughalters in der Werkzeugaufnahmevorrichtung im wesentlichen durch den auf die Spannschieber ausgeübten Federdruck bestimmt ist. Dieser Federdruck ist nur schwer kontrollierbar und kann im Laufe der Zeit Änderungen unterworfen sein. Es hat sich gezeigt, dass insbesondere zum Bearbeiten grosser Werkstücke mit schweren Werkzeugen, die durch den Federdruck ausführbare Festhaltekraft zu gering ist.
Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, einen Plandrehkopf zu schaffen, bei dem der Werkzeughalter wesentlich fester als bisher und kontrollierbar befestigbar ist.
Erfindungsgemäss wird diese Aufgabe anhand der im Patentanspruch 1 aufgeführten, kennzeichnenden Merkmale gelöst.
Die vorgeschlagene Konstruktion zeichnet sich in vorteilhafter Weise dadurch aus, dass durch eine relativ einfache Ausführung eine von aussen bestimmbare und kontrollierbare Festhaltekraft auf den in der Werkzeughaltevorrichtung eingesetzten Werkzeughalter ausgeübt werden kann.
Bevorzugte Ausführungsformen des erfindungsgemässen Gegenstandes sind in abhängigen Ansprüchen gekennzeichnet.
Die Erfindung wird anhand eines in Figuren dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 einen an einer Werkzeugmaschine angeordneten Plandrehkopf mit einem durch eine Werkzeugwechselvorrichtung zum Einsetzen in eine am Plandrehkopf angeordnete Werkzeugaufnahmevorrichtung vorbereiteten Werkzeughalter,
Fig. 2 eine Schnittzeichnung durch die Werkzeugaufnahmevorrichtung gemäss der Fig. 1 mit eingesetztem Werkzeughalter und
Fig. 3 eine Vorderansicht der Werkzeugaufnahmevorrichtung gemäss der Fig. 2 ohne Werkzeughalter.
Die Fig. 1 soll einen Überblick über die Verwendung des erfindungsgemässen Gegenstandes vermitteln. Ein Plandrehkopf 1 ist um eine Antriebsachse 2 rotierend antreibbar. Der Plandrehkopf weist einen radial verschiebbar gelagerten Planschieber 3 mit einer Werkzeugaufnahmevorrichtung 4 auf. Letztere besitzt eine Aufnahmeöffnung 5, in die ein Werkzeughalter 6 mit einem Werkzeug 26 einsetzbar ist. Durch besondere konstruktive Massnahmen, die die Erfindung kennzeichnen und weiter hinten anhand der Fig. 2 erklärt werden, kann der in die Aufnahmevorrichtung 4 eingesetzte Werkzeughalter 6 in eine zum Bearbeiten eines Werkstückes notwendige Spannstellung gebracht oder zum Austauschen mit einem anderen Werkzeughalter aus der Spannstellung gelöst werden.
Bei Werkzeugmaschinen der obgenannten Art, kann dieses Spannen und Lösen nicht, wie bei normalen Bearbeitungszentren allgemein üblich, durch in der Antriebswelle angeordnete Vorrichtungen geschehen, weil sich die Achse der Aufnahmeöffnung 5 in variablen Abständen zur Antriebsachse 2 des Plandrehkopfes befindet. Zum automatischen Auswechseln des Werkzeughalters 6 mit seinem Werkzeug 26 muss deshalb der Plandrehkopf 1 bzw. der Planschieber 3 in einer genau vorgegebenen Drehstellung bzw. radialen Lage angehalten werden. Dies geschieht mit ausreichender Genauigkeit nach bekannter Art, vorzugsweise mittels einer nicht dargestellten elektrischen Steuerung. Das Auswechseln des Werkzeugkopfes 6 erfolgt mittels eines Werkzeugwechslers 23, der einen bezüglich einer Bewegungsachse 46 symmetrischen Werkzeugwechselarm 24 mit je an seinem äusseren Ende angeordneten Greifzangen 25 aufweist.
Der Werkzeugwechselarm ist zum Zuführen eines Werkzeughalters 6 in die Werkzeugaufnahmevorrichtung 4 um die Bewegungsachse 46 drehbar und axial zur Achse verschiebbar. Der Werkzeugwechsler 23 umfasst im weiteren einen Schrauber 27, der mit einem Getriebe 7 zum Spannen oder Lösen des in die Werkzeugaufnahme 4 eingeführten Werkzeughalters in Eingriff bringbar ist. Zum Zentrieren des Werkzeughalters 6 in der Werkzeugaufnahmevorrichtung 4 weist die Aufnahmeöffnung 5 in ihrem, dem Plandrehkopf 1 abgewandten Endbereich eine kegelstumpfförmige Ausbildung auf, deren Kegelfläche 16 dabei mit einer am Werkzeughalter 6 korrespondierend ausgebildeten Kegelfläche 17 zusammenwirkt. Die dem Plandrehkopf abgewandte Stirnfläche der Werkzeugaufnahmevorrichtung 4 ist als eine plane Fläche 18, die rechtwinklig zur Antriebsachse 2 steht, ausgebildet.
In der Spannstellung des Werkzeughalters 6 liegt eine an diesem kreisringförmig ausgebildete Anliegefläche 19 unter grossem Druck an der Planfläche 18 an. Der Planschieber 3 ist über in der Figur nur angedeutete Führungsflächen 28 im Plandrehkopf radial verschiebbar. Der aus dem Zentrum verschobene Planschieber 3 würde beim Rotieren des Plandrehkopfes 1 eine Unwucht erzeugen, wenn nicht ein ebenfalls über nur angedeutete Führungsflächen 29 radial verschiebbarer Gegenschieber zum Ausgleichen dieser Unwucht vorhanden wäre. Über in der Figur nicht dargestellte Antriebsmittel sind sowohl der Planschieber 3 und der Gegenschieber 20 während des Rotierens des Plandrehkopfes verschiebbar.
Die Antriebsmittel sind dabei so ausgelegt, dass in jeder Stellung des Planschiebers 3 ein entsprechender Unwuchtausgleich durch den Gegenschieber 20, der sich immer in Gegenrichtung zum Planschieber 3 bewegt, stattfindet.
Die Fig. 2 offenbart in einem Seitenschnitt der Werkzeugaufnahmevorrichtung 4 die eigentliche Erfindung. In einem Tragkörper 30 ist ein zylinderförmiger Einsatz 31 eingesetzt und mittels in Bohrungen 33 eingeführten Schrauben 32 am Tragkörper 30 befestigt. Der Einsatz 31 weist die bereits erwähnte zentrale Aufnahmeöffnung 5 auf, die in dem dem Plandrehkopf abgewandten und dem Werkzeughalter 6 zugewandten Bereich kegelstumpfförmig ausgebildet ist. Wie bereits erwähnt, wirkt die Kegelfläche 16 mit einer am Werkzeughalter 6 korrespondierenden Kegelfläche 17 zum Zentrieren des letzteren zusammen. Der dem Plandrehkopf zugewandte und dem Werkzeughalter 6 abgewandte Bereich der Aufnahmeöffnung 5 weist eine zylinderförmige Ausdrehung 47 auf, in welcher ein Schneckenrad 9 eines Schneckengetriebes 7 um die Aufnahmeöffnungsachse 21 drehbar eingesetzt ist.
Eine Schnecke 8 des Schneckengetriebes 7 ist in einer die Wandung des Tragkörpers 30 durchdringenden und im Einsatz 31 fortlaufenden Bohrung um ihre Längsachse drehbar angeordnet und steht mit dem Schneckenrad 9 im Eingriff. Am aus dem Tragkörper 30 ragenden Ende der Schnecke 8 ist ein Schraubkopf 39 beispielsweise in Form eines Vierkantes angebracht. Der Schraubkopf 39 ist zum Zusammenwirken mit dem vorgenannten Schrauber bestimmt. Das Schneckenrad 9 ist mit einer zentral angeordneten und axial verlaufenden Durchgangsöffnung 12 versehen, die sich in axialer Richtung, ungefähr mittig vom Schneckenrad 9 und der Aufnahmeöffnung 5 abgewandt, zu einem vorzugsweise zylinderförmigen Hohlraum 13 erweitert.
Die dem Hohlraum 13 gegen die Durchgangsöffnung 12 abgrenzende Stirnfläche 10 weist eine gewindegangförmige Struktur 14 auf, welche in einer bevorzugten Ausführungsform zwei halbe Gewindegänge von einem zweigängigen Plangewinde, die sich diametral zur Aufnahmeöffnungsachse 21 gegenüberliegen, umfasst. Diese Gewindestruktur kann direkt in die Stirnfläche 10 eingearbeitet sein oder durch einen an der Stirnfläche 10 anbringbaren Einsatz gebildet werden. Umfangreiche Versuche haben gezeigt, dass eine Gewindegangsteigung von 6 mm anzustreben ist. Die Durchführungsöffnung 12 ist so gestaltet, dass ein am Werkzeughalter 6 angeordneter, axial abstehender Anzugsbolzen 11 in einer bestimmten Drehlage durchführbar ist. Der Anzugsbolzen 11 ist im wesentlichen ein pilzförmiges Gebilde mit einer Verbindungswelle 36 und einem Kopf 48.
An der Trennstelle der Verbindungswelle 36 zum Kopf 48 ist an dem durch den Kopf gebildeten, vorstehenden Kragen ebenfalls eine gewindegangförmige Flächenstruktur 15 vorhanden. Die beiden genannten gewindegangförmigen Flächenstrukturen korrespondieren in ihrer Ausführung zueinander. Wie aus der Fig. 3 ersichtlich ist, ist die Durchgangsöffnung 12 nicht kreisförmig, sondern besitzt eine längliche Form, die links und rechts je eine Begrenzungsfläche 44, 45 aufweist. Der Umfang des Kopfes 48 des Anzugsbolzens 11 ist mit entsprechenden Toleranzen dieser Form ähnlich ausgeführt, so dass in einer bestimmten Drehlage ein berührungsfreies Durchführen möglich ist. Durch Betätigen der Schnecke 8 wird das Schnekkenrad 9 langsam gedreht. Dabei werden die beiden gewindegangförmigen Flächenstrukturen 14, 15 gegeneinander verschoben, wodurch der Werkzeughalter 6 in die Spannstellung gebracht wird.
Wie bereits erwähnt, kommt dabei die Anliegefläche 19 des Werkzeug halters 6 unter einer grossen Flächenpressung auf der Planfläche 18 des Einsatzes 31 zum Anliegen. Mindestens ein mit dem Einsatz 31 verbundener Mitnehmerstift 35 greift in mindestens ein am Werkzeughalter entsprechend angeordnetes Sackloch 34 ein. Nebst der Mitnehmerfunktion wird dadurch sichergestellt, dass der Werkzeughalter 6 beim Einführen bezüglich der Werkzeugaufnahmevorrichtung 4 richtig positioniert ist. Zum Zuführen von Kühlflüssigkeit weist der Werkzeughalter 6 eine zur Aufnahmeöffnungsachse 21 koaxiale Durchgangsbohrung 22 auf. Ein am Tragkörper 30 angeordneter vorstehender Dichtungsring 37 dient zum Abdichten der genannten Durchgangsbohrung beim eingesetzten und sich in Spannstellung befindenden Werkzeughalter.
Das Lösen des Werkzeughalters durch Drehen der Schnecke in der anderen Richtung braucht nicht besonders beschrieben zu werden.
In der Fig. 3 ist eine Vorderansicht der Werkzeugaufnahmeeinrichtung gezeigt. Besonders gut sichtbar ist die in diesem Ausführungsbeispiel offenbarte Form der vorgängig beschriebenen Durchgangsöffnung 12. Entsprechend anders ausgebildete und hier nicht gezeigte oder beschriebene Formen mit gleicher Funktion sind denkbar. In einem Teilschnitt ist in dieser Figur eine konstruktive Lösung zum Befestigen der Schnecke 8 in den genannten Bohrungen vorgeschlagen. Die Durchgangsbohrung im Tragkörper 30 weist dazu eine vom äusseren Rand her angebrachte, zylindrische Eindrehung 40 auf. An der Schnecke 8 ist eine Kerbe 41 mit einem darauf aufgesetzen Ring 42, beispielsweise einem Seegering, derart angeordnet, dass der Ring an der planen Abschlussfläche der Eindrehung anliegt.
Mittels eines von aussen die Eindrehung abschliessenden Abschlussstücks 43 wird die Schnecke drehbar, aber axial unverschiebbar festgehalten. Das Abschlussstück 43 kann bei spielsweise in die Eindrehung eingeschraubt oder eingepresst werden.
Durch die grosse Untersetzung des Schneckenrades 9 gegenüber der Schnecke 8 kann durch die Anzahl der auf die Schnecke 8 ausgeübten Umdrehungen die Festhaltekraft des Werkzeughalters 6 in der Werkzeugaufnahmevorrichtung genau vorausbestimmt und eingestellt werden.
The present invention relates to a facing head for machine tools, in particular for end processing machines according to the preamble of patent claim 1.
End processing machines are part of the cutting machine tools, in which the workpiece is clamped and the tools can be rotated, driven axially against the workpiece, and moved radially to the rotating drive axis. The radial displacement of the tool is carried out with a flat slide of the rotating facing head. The slide valve contains a tool holder. End processing machines are used to machine workpieces that are difficult to center and / or to set in rotation themselves, for example to process stator housings for larger electric motors or long rod material that would easily flutter if it were to run itself.
A known design of a facing head is disclosed in German utility model DE 8 526 208 and functions in such a way that a tool holding device on the facing head contains an axial receiving opening in which a tool holder can be fixed in a positionally secured manner. The position is fixed by two diametrically opposed tensioning slides, which are arranged symmetrically to the axis of the receiving opening and are displaceable radially to the axis mentioned and acted upon by a spring pressure directed towards the axis of the receiving opening. These pull the tool holder with their axial ends over inclined surfaces 11 in the axial direction into the seat in the receiving opening.
By means of a spreading device that can be controlled from the outside, the tensioning slides can be moved against the spring pressure into an external opening position that releases a pull stud of the tool holder.
This known construction has the disadvantage that the force for holding the tool holder in the tool holding device is essentially determined by the spring pressure exerted on the clamping slide. This spring pressure is difficult to control and can change over time. It has been shown that in particular for machining large workpieces with heavy tools, the holding force that can be achieved by the spring pressure is too low.
The invention is therefore based on the object of providing a facing head in which the tool holder can be fastened in a substantially firmer manner and in a controllable manner.
According to the invention, this object is achieved on the basis of the characterizing features listed in claim 1.
The proposed construction is advantageously characterized in that a holding force that can be determined and controlled from the outside can be exerted on the tool holder used in the tool holding device by a relatively simple design.
Preferred embodiments of the subject matter according to the invention are characterized in dependent claims.
The invention is explained in more detail using an exemplary embodiment shown in the figures. Show it:
1 shows a facing head arranged on a machine tool with a tool holder prepared by a tool changing device for insertion into a facing device arranged on the facing head,
Fig. 2 is a sectional drawing through the tool holder device according to FIG. 1 with the tool holder and
3 shows a front view of the tool holding device according to FIG. 2 without a tool holder.
1 is intended to provide an overview of the use of the object according to the invention. A facing head 1 can be driven to rotate about a drive axis 2. The facing head has a radially displaceable face slide 3 with a tool holding device 4. The latter has a receiving opening 5 into which a tool holder 6 with a tool 26 can be inserted. By means of special structural measures which characterize the invention and are explained further below with reference to FIG. 2, the tool holder 6 inserted into the holding device 4 can be brought into a clamping position necessary for machining a workpiece or can be released from the clamping position for exchange with another tool holder .
In machine tools of the above-mentioned type, this clamping and releasing cannot, as is customary in normal machining centers, take place by means of devices arranged in the drive shaft, because the axis of the receiving opening 5 is at variable distances from the drive axis 2 of the facing head. To automatically replace the tool holder 6 with its tool 26, the facing head 1 or the face slide 3 must therefore be stopped in a precisely predetermined rotational position or radial position. This is done with sufficient accuracy in a known manner, preferably by means of an electrical control, not shown. The tool head 6 is exchanged by means of a tool changer 23, which has a tool changer arm 24 which is symmetrical with respect to an axis of movement 46 and has gripping tongs 25 each arranged on its outer end.
The tool change arm can be rotated about the axis of movement 46 for feeding a tool holder 6 into the tool holding device 4 and can be displaced axially to the axis. The tool changer 23 further comprises a screwdriver 27 which can be brought into engagement with a gear 7 for clamping or releasing the tool holder inserted into the tool holder 4. To center the tool holder 6 in the tool holding device 4, the receiving opening 5 has, in its end region facing away from the facing head 1, a frustoconical configuration, the conical surface 16 of which cooperates with a conical surface 17 correspondingly formed on the tool holder 6. The end face of the tool holding device 4 facing away from the facing head is designed as a flat face 18, which is perpendicular to the drive axis 2.
In the clamping position of the tool holder 6, a contact surface 19, which is designed in the form of an annular ring, bears against the flat surface 18 under great pressure. The face slide 3 can be displaced radially in the facing head via guide surfaces 28 which are only indicated in the figure. The slide slide 3 displaced from the center would produce an imbalance when the facing head 1 rotates, if there were not a counter slide also radially displaceable via only indicated guide surfaces 29 to compensate for this unbalance. Via the drive means, not shown in the figure, both the face slide 3 and the counter slide 20 are displaceable during the rotation of the facing head.
The drive means are designed so that in each position of the slide 3, a corresponding imbalance compensation takes place by the counter slide 20, which always moves in the opposite direction to the slide 3.
2 discloses the actual invention in a side section of the tool holding device 4. A cylindrical insert 31 is inserted in a support body 30 and fastened to the support body 30 by means of screws 32 inserted into bores 33. The insert 31 has the already mentioned central receiving opening 5, which is frustoconical in the area facing away from the facing head and towards the tool holder 6. As already mentioned, the conical surface 16 cooperates with a corresponding conical surface 17 on the tool holder 6 for centering the latter. The region of the receiving opening 5 facing the facing head and facing away from the tool holder 6 has a cylindrical recess 47 in which a worm wheel 9 of a worm gear 7 is inserted so as to be rotatable about the receiving opening axis 21.
A worm 8 of the worm gear 7 is rotatably arranged about its longitudinal axis in a bore penetrating the wall of the support body 30 and continuing in the insert 31 and is in engagement with the worm wheel 9. At the end of the screw 8 protruding from the support body 30, a screw head 39 is attached, for example in the form of a square. The screw head 39 is intended to interact with the aforementioned screwdriver. The worm wheel 9 is provided with a centrally arranged and axially extending through opening 12, which widens in the axial direction, approximately in the middle away from the worm wheel 9 and the receiving opening 5, into a preferably cylindrical cavity 13.
The end face 10 delimiting the cavity 13 against the through opening 12 has a thread-like structure 14 which, in a preferred embodiment, comprises two half-turns of a two-start face thread, which lie diametrically opposite to the receiving opening axis 21. This thread structure can be worked directly into the end face 10 or can be formed by an insert that can be attached to the end face 10. Extensive tests have shown that a thread pitch of 6 mm is desirable. The lead-through opening 12 is designed such that an axially projecting pull stud 11 arranged on the tool holder 6 can be passed through in a specific rotational position. The pull stud 11 is essentially a mushroom-shaped structure with a connecting shaft 36 and a head 48.
At the point of separation of the connecting shaft 36 from the head 48 there is also a thread-like surface structure 15 on the projecting collar formed by the head. The execution of the two thread-shaped surface structures mentioned corresponds to one another. As can be seen from FIG. 3, the through opening 12 is not circular, but rather has an elongated shape which has a delimiting surface 44, 45 on the left and right. The circumference of the head 48 of the pull stud 11 is of similar design with corresponding tolerances of this shape, so that contact-free passage is possible in a certain rotational position. By actuating the worm 8, the worm wheel 9 is slowly rotated. The two thread-like surface structures 14, 15 are shifted against each other, whereby the tool holder 6 is brought into the clamping position.
As already mentioned, the contact surface 19 of the tool holder 6 comes to rest under a large surface pressure on the flat surface 18 of the insert 31. At least one driver pin 35 connected to the insert 31 engages in at least one blind hole 34 which is correspondingly arranged on the tool holder. In addition to the driver function, this ensures that the tool holder 6 is correctly positioned with respect to the tool holding device 4 during insertion. To supply coolant, the tool holder 6 has a through-bore 22 which is coaxial with the receiving opening axis 21. A protruding sealing ring 37 arranged on the supporting body 30 serves to seal the through hole mentioned when the tool holder is inserted and is in the clamping position.
The loosening of the tool holder by turning the screw in the other direction need not be particularly described.
3 shows a front view of the tool holding device. The form of the previously described through opening 12 disclosed in this exemplary embodiment is particularly clearly visible. Forms of the same function which have a different design and are not shown or described here are conceivable. In a partial section, a constructive solution for fastening the screw 8 in the bores mentioned is proposed in this figure. For this purpose, the through bore in the support body 30 has a cylindrical recess 40 made from the outer edge. A notch 41 with a ring 42 placed thereon, for example a circlip, is arranged on the worm 8 in such a way that the ring rests on the flat end face of the screwing.
The screw is held in a rotatable but axially immovable manner by means of a closing piece 43 which closes off the outside. The end piece 43 can be screwed or pressed into the recess, for example.
Due to the large reduction of the worm wheel 9 in relation to the worm 8, the holding force of the tool holder 6 in the tool holding device can be precisely determined and adjusted by the number of revolutions exerted on the worm 8.