DD223379A1

DD223379A1 - NC-CONTROLLED DRILL AND PUNCH UNIT

Info

Publication number: DD223379A1
Application number: DD26262184A
Authority: DD
Inventors: Willi Volkmann; Werner Fischer; Herbert Schiller
Original assignee: Magdeburger Armaturenwerke
Priority date: 1984-05-02
Filing date: 1984-05-02
Publication date: 1985-06-12

Abstract

Die Erfindung betrifft eine NC-gesteuerte Bohr- und Plandreheinheit fuer grosse, schwere Werkstuecke mit zum Teil unsymmetrisch zur Werkstueckachse zu bearbeitenden Bohrungen oder Flaechen. Durch die vorliegende Loesung soll durch eine vorteilhafte Gestaltung des radialen Werkzeugantriebes eine einfache, kostenguenstige, zuverlaessige und verschleissarme Bauweise der Bearbeitungseinheit erreicht werden. Die Erfindung besteht darin, dass eine bekannte, translatorisch bewegte Verstelleinheit und ein rotatorisch treibender Getriebezug zum Vorschub des Schneidewerkzeuges in der Weise miteinander verbunden sind, indem die Verlaengerung der durch die hohle Hauptspindel gefuehrten Antriebswelle in der Form einer Kugelumlaufspindel gestaltet ist, die Spindel gepaart ist mit einer im Schieber der Verstelleinheit gehaltenen Spindelmutter, die ihrerseits wiederum ueber ein Zahnradgetriebe eine stetige Verbindung zu der den Plandrehkopf tragenden Hauptspindel erfaehrt. FigurThe invention relates to an NC-controlled drilling and facing unit for large, heavy workpieces with partially unsymmetrical to be machined workpiece axis holes or surfaces. By the present solution, a simple, inexpensive, reliable and low-wear construction of the processing unit is to be achieved by an advantageous design of the radial tool drive. The invention is that a known, translationally moving adjustment and a rotationally driving gear train for feeding the cutting tool are connected in such a way by the extension of the guided through the hollow main spindle drive shaft is designed in the form of a ball screw, the spindle is paired with a spindle nut held in the slide of the adjusting unit which, in turn, experiences a continuous connection to the main spindle carrying the facing head via a toothed gearing. figure

Description

Title of the invention

NC-gesteuerte Bohr- und PlandreheinheitNC-controlled drilling and facing unit

Field of application of the invention

Die Erfindung betrifft eine Bearbeitungseinheit für Horizontal-Bohr- und Fräsmaschinen sowie für Sonderdrehmaschinen, mit der es möglich ist, an in der Regel großen und schweren Werkstücken mit zum Teil unsymmetrisch zur Werkstückachse zu bearbeitenden Bohrungen oder Flächen numerisch gesteuerte Bohr- und Drehvorgänge, z.B. Anfasen, Einstechen, Plandrehen sowie Gewindeschneiden mit einem Drehstahl auszuführen.The invention relates to a processing unit for horizontal drilling and milling machines and special lathes, with which it is possible to numerically controlled drilling and turning operations, for example, on large and heavy workpieces with partially unsymmetrical to the workpiece axis to be machined holes or surfaces. Chamfering, grooving, facing and thread cutting with a turning tool.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen Das wesentliche technische Problem bei derartigen Bearbeitungseinheiten besteht in der Erzeugung eines präzisen und dabei robusten radialen Vorschubes des im drehenden Plankopf geführten Werkzeugträgers. Bei den bekannten von der WEMA Plauen produzierten Plandrehköpfen wird die Werkzeugbewegung über zwei unter 90 angeordneten schrägverzahnten Zahnstangen in der Ausführung eines Keilgetriebes eingeleitet. Diese Ausführung ist für schwere Schnitte (Bearbeitung von GS-C 25, GS - X 12 Cr Ni Mo Ti 18.10, GS - 20 Mo V 84) nicht geeignet und gestattet auf Grund ihres Konstruktionsprinzipes nur einen kleinen Hub. Eine drehzahlabhängige Steuerung ist nicht möglich· Characteristic of the Known Technical Solutions The main technical problem with such processing units is the production of a precise and robust radial feed of the tool carrier guided in the rotating flat head. In the known planing heads produced by WEMA Plauen, the tool movement is initiated via two helical gear racks arranged at 90 in the form of a wedge gear. This version is not suitable for heavy cuts (machining of GS-C 25, GS - X 12 Cr Ni Mo Ti 18.10, GS - 20 Mo V 84) and due to its design principle allows only a small stroke. A speed-dependent control is not possible ·

Bekannt wurden weiterhin von der Firma M. Miller, Royal Oak, USA, gefertigte Bohr- und Fräswerke mit NC-gesteuerten Planschieberköpfen, die zur Erzeugung der .Werkzeugbewegung mit einem Hebelgetriebe in Form einer Schwinge im Plandrehkopf versehen sind. Im wesentlichen ist hierbei das gleiche Prinzip wie bei den erstgenannten Planschieberköpfen angewendet. Einem in der Hauptspindelachse angeordneten Übertragungselement wird eine 'Schubbewegung erteilt, die im Plandrehkopf um 90° umgelenkt, die Werkzeugbewegung erzeugt. In der DE-OS 32 23 685 wird eine Verstelleinrichtung zur Erzeugung dieser Zug-Schubbewegung innerhalb der rotierenden Hauptspindel zur Betätigung des Schnittwerkzeuges eines auf dieser Spindel angebrachten Plandrehkopfes beschrieben. Eine in der hohlen Hauptspindel des Plandrehkopfes rotierende Zugstange ist in axialer Richtung formschlüssig mit einem Schiebeelement verbunden, das von einer Führungshülse in Form einer Spindelmutter angetrieben wird. Die Spindelmutter steht im Eingriff mit einer Spindel, die über ein Getriebe mit einem Gleichstrommotor verbunden ist. Durch Verwendung gegeneinander verspannter Zahnräder und einer Kugelumlaufspindel sowie dadurch, daß der Gleichstrommotor mit einem Winkelschrittgeber ausgestattet ist, gelingt es, eine spielarme, programmsteuerbare Zug-Schubbewegung dem innerhalb des Plandrehkopfes befindlichen 90°-Umlenktrieb mitzuteilen. Aus der Schrift ist die Art der konstruktiven Ausführung der nachfolgenden übertragungselemente bis hin zum Schneidwerkzeug nicht zu entnehmen, doch können dafür nur solche Elemente in Frage kommen, wie sie weiter oben bereits beschrieben· wurden,, d.h. behaftet mit den nachteiligen Wirkungen eines kurzen Verstellhubes sowie empfindlich gegenüber hohen Schnittkräften und Vibrationen, hervorgerufen durch den Bearbeitungsvorgang.Also known were M. Miller, Royal Oak, USA, made drilling and milling with NC-controlled sliding head valves, which are provided to generate .Werkzeugbewegung with a lever mechanism in the form of a rocker in the facing head. Essentially, this is the same principle as applied to the first-mentioned head slider heads. A arranged in the main spindle axis transmission element is issued a 'push movement, which deflects in the facing head by 90 °, generates the tool movement. In DE-OS 32 23 685 an adjusting device for generating this train-pushing movement within the rotating main spindle for actuating the cutting tool of a spindle mounted on this facing is described. A rotating in the hollow main spindle of the facing head tie rod is positively connected in the axial direction with a sliding element which is driven by a guide sleeve in the form of a spindle nut. The spindle nut is engaged with a spindle which is connected via a gear to a DC motor. By using mutually braced gears and a ball screw and the fact that the DC motor is equipped with an angle increment, it is possible to tell a low-back, programmable train-push movement located within the facing head 90 ° -Umlenktrieb. The type of structural design of the following transmission elements up to the cutting tool can not be inferred from the document, but only those elements can be considered which have already been described above, ie. Afflicted with the adverse effects of a short Verstellhubes and sensitive to high cutting forces and vibrations caused by the machining process.

Im Gegensatz zum bisher beschriebenen Stand der Technik, bei dem für den Werkzeugantrieb eine t ranslatorisch'e Antriebs-In contrast to the previously described prior art, in which for the tool drive a transient drive

bewegung Verwendung fand, ist in der DE-OS 27 55 982 eine rotierende Antriebsart beschrieben. Eine als Werkzeugtrommel bezeichnete, den Plandrehkopf tragende, in einem Gehäuse gelagerte sowie in Drehung versetzbare Hohlwelle, ist in axialer Richtung von einer Antriebswelle durchzogen. Diese Antriebswelle ist in der WerJ<zeugtrommel drehbar gelagert und im Plandrehkopf mit einem 90 umlenkenden Schraubenradgetriebe sowie an der dem Plandrehkopf abgewandten Seite über ein Stirnradgetriebe mit einem an der Stirnseite der Werkzeugtrommel befestigten Antriebsmotor verbunden. Das die Drehrichtung umlenkende Schraubenradgetriebe ist über ein Kugelumlaufgetriebe, bestehend aus Spindel und Mutter, mit dem das Werkzeug tragenden Werkzeugschlitten spielfrei verbunden. Durch dieses Konstruktionsprinzip sowie der entsprechenden Ausbildung der Antriebselemente ist es im Zusammenhang mit der Möglichkeit der drehwinkelabnängigen Ansteuerung des Antriebsmotors unter Einbeziehung eines NC-Prozessors möglich, schwere Schnitte mit einem verhältnismäßig großen radialen Arbeitsweg prozeßgesteuert durchzuführen. Nachteilig wirkt sich bei dieser Lösung aus, daß der Antriebsmotor zusammen mit der Werkzeugtrommel und dem Plandrehkopf rotiert und damit zur Aufnahme des Stromes und der Erregersignale eine Schleifringverbindung erforderlich wird. Diese Verbindung bedingt einen erhöhten konstruktiven Aufwand, einen vermehrten Platzbedarf und ist mit all den sonstigen Mangeln einer derartigen Anordnung behaftet, wie z.B. Funkenbildung und Stör- bzw. Reparaturanfälligkeit durch mechanischen Verschleiß.movement was used, a rotating drive is described in DE-OS 27 55 982. A designated as a tool drum, the facing head bearing, mounted in a housing and set in rotation hollow shaft is traversed in the axial direction of a drive shaft. This drive shaft is rotatably mounted in the tool drum and connected in the facing head with a 90-deflecting helical gear and on the side facing away from the facing head via a spur gear with a drive motor attached to the end face of the tool drum. The direction of rotation deflecting helical gear is connected via a recirculating ball bearing, consisting of spindle and nut, with the tool-carrying tool slide backlash. By this design principle and the corresponding design of the drive elements, it is possible in connection with the possibility of drehwinkelabnängigen control of the drive motor with the involvement of an NC processor to perform heavy cuts with a relatively large radial travel process controlled. The disadvantage of this solution is that the drive motor rotates together with the tool drum and the facing head and thus a slip ring connection is required to accommodate the current and the exciter signals. This connection requires an increased design effort, an increased space requirement and is associated with all the other shortages of such an arrangement, such. Sparking and susceptibility to repair or repair due to mechanical wear.

Object of the invention

Ziel der Erfindung ist es, an schweren, unsymmetrischen Werkstücken mittels einer NC-gesteuerten 3ohr- und Plandreheinheit entsprechende Zerspanungsarbeiten unter Berücksichtigung großer Plandrehwege und hohen Schnitt- und Vorschubkräften durchzuführen, wobei eine vorteilhafteThe aim of the invention is to perform on heavy, unsymmetrical workpieces by means of an NC-controlled 3ohr- and face turning unit corresponding cutting work, taking into account large facing turning and high cutting and feed forces, with an advantageous

Gestaltung des Werkzeugantriebes in Form einer einfachen, kostengünstigen, zuverlässigen und verschleißarmen Bauweise der Bohr- und Plandreheinheit erreicht v/erden soll.Design of the tool drive in the form of a simple, inexpensive, reliable and low-wear construction of the drilling and facing unit achieved v / earth.

Explanation of the nature of the invention

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine NC-gesteuerte Bearbeitungseinheit zu schaffen, deren Werkzeugantrieb unter Einbeziehung eines für schwere Schnitte bewährten' sowie für einen relativ großen Planzug geeigneten Wegeumsetzungssystems ein rotierendes Antriebsprinzip verwirklicht, wobei die zum Antrieb erforderliche Energie ohne eine Schleifringverbindung mit den im Stand der Technik beschriebenen Nachteilen wirksam wird. · .The invention has for its object to provide an NC-controlled machining unit, the tool drive realized using a proven for heavy cuts' and for a relatively large plot suitable Wegeumsetzungssystems a rotating drive principle, the energy required for the drive without a slip ring connection with the in The prior art described disadvantages is effective. ·.

Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß eine an sich bekannte NC-gesteuerte axiale Verstelleinrichtung, bestehend aus einem Gleichstrom-Stellmotor mit nachgeschaltetem Schraubenspindeltrieb mit als Schieber ausgebildeter Spindelmutter und ein ebenfalls bekannter Getriebezug zum Antrieb des Werkzeug-Radialvorschubes, bestehend aus einer durch die hohle Hauptspindel geführte sowie drehbar in ihr gelagerte Antriebswelle, einem im Plandrehkopf angeordneten und um 90 umlenkenden Kegelradgetriebe sowie einer daran anschließenden Schraubenspindel-Mutterpaarung, derart miteinander verbunden sind, daß die dem Plandrehkopf abgewandte Seite der Antriebswelle eine Verlängerung in Form einer Kugelumlaufspindel erfährt, die über eine mit der Spindel gepaarte Spindelrautter im Schieber der axialen Verstelleinrichtung drehbar aber axial unverschiebbar gehalten ist. Parallel zur beschriebenen Verbindung der Verstelleinrichtung mit dem den radialen Werkzeugvorschub betätigenden Getriebezug besteht eine weitere stetige Verbindung zwischen der im Schieber der Verstelleinrichtung gehaltenen Spindelmutter und der den Plandrehkopf tragenden Hauptspindel in der Form, daß ein an der Spindelmutter befestigtes Zahnrad über zwei Zwischenräder mit einem an der HauptspindelAccording to the invention this is achieved in that a known per se NC-controlled axial adjustment consisting of a DC servo motor with downstream screw drive with trained as a slide spindle nut and a likewise known gear train for driving the tool radial feed consisting of a through the hollow main spindle Guided and rotatably mounted in their drive shaft, arranged in a facing head and 90 deflecting bevel gear and an adjoining screw nut pair are so interconnected that the facing away from the facing side of the drive shaft undergoes an extension in the form of a ball screw, which has a with the spindle paired Spindelrautter is rotatably held in the slide of the axial adjustment but axially immovable. Parallel to the described connection of the adjusting device with the radial tool feed actuated gear train is a further continuous connection between the spindle held in the slide spindle and the facing head carrying main spindle in the form that attached to the spindle nut gear via two intermediate gears with a on the main spindle

angebrachten Zahnrad im Eingriff steht. Die Zwischenräder sind auf einer im Spindelkasten gelagerten Welle gehalten, wobei dasjenige Zwischenrad, welches mit dem an der Hauptspindel angebrachten Zahnrad kämmt, auf der Welle festgesetzt ist und das andere Zwischenrad, welches mit dem auf der Spindelmutter angebrachten Zahnrad im Eingriff steht, axial verschieblich auf der Welle angeordnet und gleichzeitig im Schieber drehbar aber axial unverschiebbar gehalten ist.attached gear is engaged. The intermediate wheels are held on a shaft mounted in the spindle box, wherein the intermediate gear, which meshes with the attached to the main spindle gear is fixed to the shaft and the other intermediate gear, which is in engagement with the mounted on the spindle nut gear, axially displaceable on arranged the shaft and at the same time rotatably held in the slide but axially immovable.

Die erfindungsgemäße Funktion der Bearbeitungseinheit stellt sich demnach so dar, daß die über die MC-gesteuerte Verstelleinheit eingeleitete translatorische Bewegung in eine Rotationsbewegung umgesetzt wird und aer vorhandenen Drehzahl der Antriebswelle eine zusätzliche Drehbewegung erteilt, die sich als Vorschub des Werkzeugträgers ausnutzen läßt. Die zusätzliche Drehbewegung der in der Hauptspindel drehbar gelagerten Antriebswelle kommt dadurch zustande, daß die mit dem Spindelteil der Antriebswelle gepaarte Spindelmutter vom Schieber der Verstelleinheit in Richtung der Hauptspindelachse verschoben wird. Die über den beschriebenen Zahnrädern mit der Hauptspindel verbundene und dadurch mit gleicher Drehzahl wie diese umlaufende Spindelmutter erteilt durch die axiale Verschiebung auf der Spindel der Antriebswelle eine zusätzliche, erhöhte Drehzahl. Die Differenz der erhöhten Drehzahl zu derjenigen des Plandrehkopfes wird über das Kegelradpaar und den Schraubspindeltrieb auf den Werkzeugträger übertragen, der das Werkzeug in radialer Richtung bewegt. Bei gleicher Steigung in den drei Schraubspindeltrieben legen der der Vorschubeinheit zugehörige Schieber und der im Plandrehkopf gelagerte Werkzeugträger exakt die gleichen Wege zurück. Ein mit dem Antrieb der Verstelleinheit verbundenes Wegmeßsystem ermöglicht somit den NC-gesteuerten Weg des 'Werkzeuges.The inventive function of the processing unit turns out to be so that the introduced via the MC-controlled adjustment translational movement is converted into a rotational movement and aer existing rotational speed of the drive shaft granted an additional rotational movement, which can be used as feed of the tool carrier. The additional rotational movement of the rotatably mounted in the main spindle drive shaft is due to the fact that the paired with the spindle part of the drive shaft spindle nut is moved by the slide of the adjustment in the direction of the main spindle axis. The over the described gears connected to the main spindle and thereby rotating at the same speed as this spindle nut granted by the axial displacement on the spindle of the drive shaft an additional, increased speed. The difference of the increased speed to that of the facing head is transmitted via the bevel gear pair and the screw spindle drive on the tool carrier, which moves the tool in the radial direction. With the same pitch in the three screw spindle drives of the feed unit associated slide and stored in the facing tool holder put exactly the same way back. A connected to the drive of the adjustment measuring system thus allows the NC-controlled path of the 'tool.

embodiment

Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden. Die zugehörige Zeichnung zeigt die Bearbeitungseinheit in einem Längsschnitt in schematisierter Darstellung.The invention will be explained in more detail below using an exemplary embodiment. The accompanying drawing shows the processing unit in a longitudinal section in a schematic representation.

Die Bohr- und Plandreheinheit wird durch einen stufenlos regelbaren Gleichstrommotor 1 angetrieben. Ξίηβ Eiektro-Hagnet-Lamellenkupplung 2 überträgt die Leistung über die Welle 3 Zahnräder 4 und 5 auf die Welle 6.The drilling and facing unit is driven by a continuously variable DC motor 1. Βηβ Electric-Hagnet multi-plate clutch 2 transmits the power via the shaft 3 gears 4 and 5 to the shaft 6.

Über die Zahnräder 7 und 8 wird die Hauptspindel 9 angetrieben. Die auf der Welle 6 sitzende Elektro-Magnet-Lamellenkupplung IO ist mit dem Spindelkasten 11 verbunden und arbeitet als Drehzahlbremse. An der Hauptspindel 9 ist der Plandrehkopf 12 befestigt. Im Plandrehkopf ist der Schraubenspindel rieb 13 sowie das KegelradgetriebeAbout the gears 7 and 8, the main spindle 9 is driven. The seated on the shaft 6 electric-magnetic multi-plate clutch IO is connected to the headstock 11 and operates as a speed brake. On the main spindle 9 of the facing head 12 is attached. In the facing head of the screw spindle is rubbing 13 and the bevel gear

14 so gelagert, daS ein Kegelrad auf der Spindel des Schraubenspindeltriebs 13 und das zweite Kegelrad auf der als Kugelumlaufspindel 15 ausgebildeten Antriebswelle sitzt. Die Kugelumlaufspindel 15 ist in der Hauptspindel 9 axial fest gelagert. Ober die Zahnräder 16, 17,,18 und 19 wird die Drehzahl der Hauptspindel auf die der Kugelumlaufspindel 15 zugehörige Spindelmutter 20 übertragen. Dadurch drehen sich Hauptspindel 9, Kugelumlaufspindel14 so stored that a bevel gear on the spindle of the screw spindle drive 13 and the second bevel gear is seated on the formed as a ball screw 15 drive shaft. The ball screw 15 is axially fixed in the main spindle 9. Above the gears 16, 17,, 18 and 19, the rotational speed of the main spindle is transmitted to the ball screw 15 associated spindle nut 20. As a result, main spindle 9, ball screw rotate

15 und die dazugehörende Spindelmutter 20 sowie der Plandrehkopf 12 mit der gleichen Drehzahl. Die Kugelumlaufspindel des Schraubenspindeltriebs 13 erhält keine zusätzliche Drehzahl. Es findet kein Vorschub statt.15 and the associated spindle nut 20 and the facing head 12 at the same speed. The ball screw of the screw drive 13 receives no additional speed. There is no feed.

Die Spindelmutter 20 ist desweiteren in einem Schieber 21 axial unverschiebbar, jedoch drehbar gelagert, wobei der Schieber 21 eine starre Einheit mit einer Spindelmutter 22 bildet, die wiederum als Teil eines Schraubenspindeltriebes auf eine Kugelumlaufspindel 23 aufgebracht ist, die als Antrieb einen Gleichstrom-Stellmotor 24 besitzt, der mit einem Wegmeßsystem 25 ausgestattet ist,The spindle nut 20 is further axially non-displaceable in a slide 21, but rotatably supported, the slider 21 forms a rigid unit with a spindle nut 22, which in turn is applied as part of a screw drive on a ball screw 23, which drives a DC actuator 24th possesses, which is equipped with a measuring system 25,

Gede über den Stellmotor 24 auf den Schieber 21 eingeleitete Bewegung erzeugt über die Spindelmutter 20 eine zusätzliche Drehung der Kugelumlaufspindel 15. Dadurch wird dem im Plandrehkopf 12 schiebbar angebrachten Werkzeugträger 26 unter der Voraussetzung von gleichen Spindelsteigungen genau der gleiche Vorschub erteilt. Das Wegmeßsystem 25 mißt den Weg des inneren Schiebers 21 und damit gleichzeitig den Weg des Werkzeugträgers 26. Die Elektro-Magnet-Lamellenkupplung 27 dient als Vorschubbremse und verhindert ein Nachlaufen des inneren Schiebers.Gede on the servomotor 24 on the slider 21 initiated movement generated via the spindle nut 20 an additional rotation of the ball screw 15. This is the sliding in the facing 12 mounted tool carrier 26 under the assumption of the same spindle pitches granted exactly the same feed. The measuring system 25 measures the path of the inner slider 21 and thus at the same time the path of the tool carrier 26. The electric-magnetic multi-plate clutch 27 serves as a feed brake and prevents hunting of the inner slide.

Claims

- 8 claim for invention

1. NC-controlled drilling and facing unit, the tool drive is provided with an axial adjustment consisting of a DC servo motor with downstream screw drive with a trained as a slide spindle nut and further provided with a guided through the hollow main spindle and rotatably mounted in it Drive shaft, which is connected via a in the facing head by 90 deflectable bevel gear means of a further screw nut pair with the displaceable in the radial direction tool carrier, characterized in that the facing head (12) facing away from the drive shaft has an extension in the form of a ball screw (15) experiences, which is rotatably but axially immovable held in the slide (21) via a spindle paired with the spindle, wherein at the same time the spindle nut (20) by a fixedly connected with her gear (19) acting as intermediate gears (18; 17) with one on the main spindle (9) fixedly mounted gear (15) undergoes a continuous connection.

2. drilling and facing unit according to item 1, characterized in that the transmission ratio of gear (16) to gear (19) is preferably 1: 1 daS the gear (17) fixed to a spindle in the box (11) mounted shaft (28 ) is applied, that the gear (18) arranged axially displaceably on this shaft and at the same time in the slide (21) is rotatably but axially held immovable.

- See 1 81. Drawings -