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Die
Erfindung betrifft eine Feinverstellvorrichtung zwischen jeweils
einer positiven und einer negativen Adapterprofilgruppe mit mindestens
einem Zentrierbolzen, mit einem in oder an einem Gehäuse gelagerten – eine Positionierausnehmung
aufweisenden – Verstellbauteil,
wobei die Positionierausnehmung den Zentrierbolzen zumindest bereichsweise umgreift.
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Viele
Werkzeugmaschinen haben z. B. für eine
C-Achse einen Spindelausgang, an dem ein Wechselwerkzeug adaptiert
werden kann. Ein derartiger Spindelausgang hat z. B. eine um die
Spindel herum angeordnete Zentrierbohrung, also eine Innenzentrierung,
mit axialem Anschlagbund oder Anschlagprofil. An der Zentrierbohrung
und an dem axialen Anschlagbund liegt das eingewechselte Wechselwerkzeug
formschlüssig
fest an. Eine werkzeugseitige Außenzentrierung ist nahezu spielfrei
in die Zentrierbohrung der Werkzeugmaschine eingefügt. Die
Profile der Außen-
und der Innenzentrierung blockieren jedoch nicht den um die Spindelachse
gegebenen Schwenkfreiheitsgrad. Dazu benutzt man einen Zentrierbolzen,
der parallel versetzt zur Spindelachse z. B. an der Werkzeugmaschine
angeordnet ist. Diesen Zentrierbolzen umgreift eine am Wechselwerkzeug
angeordnete Feinverstellvorrichtung mit einer Positionierausnehmung.
Die Feinverstellvorrichtung hat dazu zwei, die Positionierausnehmung schneidende,
Gewindebohrungen, die tangential an einem Justierschwenkkreis liegen,
dessen Mittelpunkt sich auf der Spindelachse befindet und der gleichzeitig
die Mittellinie des Zentrierbolzens berührt. In den Gewindebohrungen
sind Gewindestifte eingeschraubt, die die Feinverstellvorrichtung
gegenüber
dem Zentrierbolzen verstellbar fixieren.
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Der
werkzeugmaschinenseitige Zentrierbolzen und die benachbarte Innenzentrierung
bilden eine positive Adapterprofilgruppe, während die werkzeugseitige Positionierausnehmung
in Verbindung mit der Außenzentrierung
eine negative Adapterprofilgruppe darstellen.
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Aus
der
DE 89 07 348 U1 ist
eine Feinverstellvorrichtung bekannt, bei der ein den Zentrierbolzen
umgebendes Verstellelement in einem Gehäuse zwischen einem Druckfederpaket
und einer Druckschraube quer und parallel versetzt zur Werkzeugmaschinenspindelachse
verstellbar positioniert werden kann.
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Der
vorliegenden Erfindung liegt das Problem zugrunde, eine Feinverstellung
zu entwickeln, die bei geringer Baugröße und nur wenigen Bauteilen einfach,
sicher und ohne großen
Kraftaufwand zu handhaben ist.
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Das
Problem wird mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Das
Verstellelement ist eine Gewindespindel, die zumindest bereichsweise
ein Gewinde aufweist. Das Verstellelement hat als Positionierausnehmung
eine umlaufende Nut, deren Nutbreite dem Außendurchmesser des Zentrierbolzens plus
50 μm ± 50 μm entspricht.
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Gemäß der Erfindung
ist in dem Gehäuse
ein Verstellelement schwenk- oder drehbar gelagert. Das Verstellelement
ist eine Gewindespindel, die im Gehäuse u. a. in einem z. B. metrischen
Gewinde gelagert ist. Es hat eine umlaufende Nut, in die der Zentrierbolzen
spielfrei oder nahezu spielfrei tangential oder radial eingreift.
Beim tangentialen Eingriff kreuzt die Mittellinie des Zentrierbolzens
die Mittellinie des Verstellelements in einem Abstand, der mindestens der
Summe aus dem halben Minimaldurchmesser des Verstellelements und
dem halben Durchmesser des Zentrierbolzens im Bereich der Nut entspricht. Dabei
liegt der Zentrierbolzen mit Linienberührung an mindestens einer Nutflanke
an. Im Idealfall, also bei einem spielfreien Eingriff, ergibt sich
die Linienberührung
an beiden Nutflanken. Bei einem radialen Eingriff schneiden sich
die Mittellinie des Zentrierbolzens und des Verstellelements.
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Macht
nun das Verstellelement durch eine handbetätigte Rotation um ihre Mittellinie
einen feinverstellbaren Hub, verlagert sich das Gehäuse in der Feinverstellrichtung
gegenüber
dem Zentrierbolzen. Dabei gibt es zwischen dem Gehäuse und
dem Zentrierbolzen keine Federn oder Federelemente.
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Weitere
Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und
der nachfolgenden Beschreibung einer schematisch dargestellten Ausführungsform.
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1:
dimetrische Ansicht einer Feinverstellvorrichtung;
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2:
Seitenansicht eines Radialbohr- und Fräskopfes mit einer Feinverstellvorrichtung;
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3:
Schnitt der Feinverstellvorrichtung;
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3a:
Längsschnitt
des Verstellelements;
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4:
Schnitt der Feinverstellvorrichtung um 90° versetzt zum Schnitt aus 3;
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5:
wie 3, jedoch mit einem maximal verstellten Verstellelement.
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Die 1 zeigt
eine Feinverstellvorrichtung (1), wie sie beispielsweise
zwischen einem Werkzeugmaschinenadapter (80) und einem
an diesem austauschbar temporär
fixierten Werkzeugadapter (90), z. B. einem angetriebenen
Radialbohr- und Fräskopf,
angeordnet ist, vgl. 2.
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Der
hier gezeigte Radialbohr- und Fräskopf (90)
hat ein Kopfgehäuse
(93), das über
eine VDI-Aufnahme (95) am Adapter (80), vgl. 4,
einer Werkzeugmaschine befestigt wird. In der VDI-Aufnahme (95)
befindet sich eine antreibbare Spindel (96), die die im
Gehäuse
(93) gelagerte Werkzeugaufnahme (97) über ein
Winkelgetriebe antreibt. Auf dem Kopfgehäuse (93) sitzt in
einer Nut (94), vgl. 3, die Feinverstellvorrichtung
(1).
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Die
Feinverstellvorrichtung (1) hat ein z. B. am Werkzeugadapter
(90) angeordnetes Gehäuse (10),
in dem ein Verstellelement (50) gelagert ist. Das Verstellelement
(50) hat als Positionierausnehmung (61) eine Nut,
in die ein werkzeugmaschinenseitiger Zentrierbolzen (81)
hineinragt. Das Verstellelement (50) wird gegenüber dem
Gehäuse
(10) so bewegt, dass der Werkzeughalter (90) gegenüber der
Werkzeugmaschine am Zentrierbolzen (81) in der Regel im
zehntel Millimeterbereich justiert werden kann. Der auswechselbare
Werkzeughalter (90), also der Radialbohr- und Fräskopf, schwenkt
dazu minimal auf einem Justierschwenkkreis um seine VDI-Aufnahme
(95) um einen durch die Verstellbewegung vorgegebenen Verstellwinkel.
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Die
Feinverstellvorrichtung (1) nach 1 hat ein
zumindest annähernd
quaderformiges Gehäuse
(10) mit den Abmessungen 26 mm × 18 mm × 37 mm. Das Gehäuse (10)
weist zwei Durchgangsbohrungen (21, 25) auf, vgl. 3.
Die erste Durchgangsbohrung ist die Verstellbohrung (21).
In ihr wird das Verstellelement (50) axial feinverstellbar
gelagert. Die gestufte Verstellbohrung (21) erstreckt sich zwischen
den schmalen Seitenflächen
(13) des Gehäuses
(10) und verläuft
parallel und mittig zu den großen
Seitenflächen
(14, 15) des Gehäuses (10).
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Die
Verstellbohrung (21) weist nach 3 im linken
Endbereich ein Gewinde (23) auf, während sie im rechten Endbereich
einen aufgebohrten Fixierabschnitt (24) hat. Die dortige
Bohrung hat einen Durchmesser, der geringfügig größer ist als der Außendurchmesser
des Gewindes (23).
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Die
Verstellbohrung (21) wird z. B. 1 mm außermittig versetzt durch die
quer zu ihr angeordnete, zweite Durchgangsbohrung (25)
geschnitten. Diese gestufte Durchgangsbohrung (25) ist
eine Befestigungsbohrung, in der zur Befestigung der Feinverstellvorrichtung
(1) am Radialbohr- und Fräskopf (90) eine Schraube
(91) sitzt. Sie ist zur vorderen Seitenfläche (14)
hin versetzt angeordnet.
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Die
Befestigungsbohrung (25) ist in drei Bereiche aufgeteilt.
Der erste, obere Bereich ist ein Gewindeabschnitt (27),
in den ein Deckel (70) eingeschraubt wird. Der mittlere
Bereich ist der Kopfabschnitt (28), in dem der Kopf der
Schraube (91) angeordnet ist. Der dritte Bereich ist der
Befestigungsabschnitt (29). Sein Durchmesser ist wenige
zehntel Millimeter größer als
der Gewindedurchmesser der Schraube (91). An dem zwischen
dem Befestigungsabschnitt (29) und dem Kopfab schnitt (28)
gelegenen, z. B. planen Bohrungsbund liegt die Schraube (91)
mit ihrem Kopf auf.
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Die
Befestigungsbohrung (25) wird im Kopfabschnitt (28)
quer von einer Sacklochbohrung (31) geschnitten, die von
der hinteren großen
Seitenfläche
(15) aus in das Gehäuse
(10) eingearbeitet ist. Die Mittellinien (26, 32)
der Befestigungsbohrung (25) und der Sacklochbohrung (31)
liegen in einer Ebene. Die Mittellinie (32) der Sacklochbohrung
(31) kreuzt nach unten versetzt die Mittellinie (22)
der Verstellbohrung (21) im Abstand von 6,5 mm. Die Sacklochbohrung
(31) hat z. B. einen Durchmesser von 10 mm.
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Nach 3 sitzt
rechts neben der Befestigungsbohrung (25) eine Fixierbohrung
(33), die die Oberseite (12) des Gehäuses (10)
mit dem Fixierabschnitt (24) der Verstellbohrung (21)
verbindet. Die Mittellinie der Fixierbohrung (33) schneidet
die Mittellinie (22) der Verstellbohrung (21)
senkrecht.
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Auf
den schmalen Seitenflächen
(13) sind um die Verstellbohrung (21) herum zwei
einander entgegengerichtete Pfeile (35, 37) angeordnet,
vgl. 1. Der obere Pfeil (35) zeigt hier in
Uhrzeigerrichtung. Vor seiner Spitze ist ein Pluszeichen positioniert.
Unterhalb des Pfeils (35) befindet sich ein Markierungsstrich
(36). Der untere Pfeil (37) zeigt in Gegenuhrzeigerrichtung.
Vor dessen Spitze ist ein Minuszeichen angeordnet. Oberhalb des
Pfeils (37) befindet sich ein weiterer Markierungsstrich
(38). Die Pfeile auf der gegenüberliegenden Seitenfläche (13), vgl. 2,
sind jeweils in die entgegengesetzte Richtung orientiert.
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In
der Verstellbohrung (21) ist ein zumindest annähernd zylindrisches
Verstellelement (50) angeordnet. Es hat plane Stirnflächen (54),
die – bei
Mittenlage – jeweils
zumindest annähernd
in den entsprechenden Ebenen der kleinen Seitenflächen (13) des
Gehäuses
(10) liegen. Zentral in jeder Seitenfläche (13) befindet
sich eine Werkzeugausnehmung (55), z. B. ein Innensechskant,
vgl. 1 und 3. Beide Werkzeugausnehmungen
(55) haben die gleiche Größe. Die Schlüsselweite
beträgt
3 mm.
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Um
die Werkzeugausnehmung (55) herum ist jeweils eine Skala
(57) mit acht langen und acht kurzen Teilstrichen angeordnet.
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Das
Verstellelement (50), weist mittig eine umlaufende Nut
(61) auf, vgl. 3a. Die
Nut (61) hat im äußeren Bereich
plane Flanken (62, 63), die normal zur Mittellinie
(22) des Verstellelements (50) orientiert sind.
Diese Flanken (62, 63) haben einen Abstand, der
50 ± 50 μm größer ist
als der Durchmesser des Zentrierbolzens (81). Es ist auch
denkbar, dass der Durchmesser des Zentrierbolzens (81)
um 1 bis 30 μm
größer ist
als der Abstand der Flanken (62) und (63). In
diesem Fall würde
das Verstellelement (50) den Zentrierbolzen (81)
klemmend umgreifen.
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Der
Grund (64) der Nut (61) ist mittig zylindrisch
ausgebildet. Zwischen dem Grund (64) und den Flanken (62, 63)
liegen Ausrundungen, deren jeweiliger Radius größer als 40% der Nutbreite ist.
Der Durchmesser des Verstellelements (50) ist in der Nut (61)
auf ca. 25% seines Maximaldurchmessers reduziert. Auf diese Weise
haben bei einem Zentrierbolzen (81) mit einem Durchmesser
von 8 mm die Flanken (62, 63) eine radiale Ausdehnung
von mindestens 2,3 mm.
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Links
neben der Flanke (62), vgl. 3a, ist im
linken Endbereich auf der radialen Außenfläche des Verstellelements (50)
z. B. ein Feingewinde (51) der Abmessung M16 × 0,75 angeordnet.
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Es
endet 3 mm vor der Nut (61) in einem Freistich (52),
der sich nicht bis zur Nut (61) erstreckt.
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Rechts
neben der Flanke (63) hat das Verstellelement (50)
eine glatte, zylindrische Außenfläche (53),
die mit geringem Spiel in der Bohrung (21) sitzt. Ggf.
erstreckt sich das Feingewinde (51) auch beidseits der
Nut (61).
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In
der Fixierbohrung (33) ist ein Gewindestift (41)
und ein Druckstück
(42) angeordnet, vgl. 5. Der Gewindestift
(41) drückt
das Druckstück
(42), das z. B. aus Messing oder Kunststoff gefertigt ist, gegen
die zylindrische Außenfläche (53)
des Verstellelements (50). Das gegen das Verstellelement
(50) geklemmte Druckstück
(42) verhindert ein ungewolltes Verstellen des Verstellelements
(50) während
des Betriebs der Werkzeugmaschine.
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Auf
der Oberseite (12) des Gehäuses (10) sitzt ein
in den Gewindeabschnitt (27) eingeschraubter Deckel (70).
Er verschließt
staubdicht die Befestigungsbohrung (25). Der Deckel (70)
hat als Werkzeugausnehmung einen Schlitz, in den ein Schlitzschraubendreher
eingreifen kann.
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Die
Feinverstellvorrichtung (1) wird montiert, indem in einem
ersten Schritt die Schraube (91) in die Befestigungsbohrung
(25) eingesetzt wird. Der Kopf der Schraube (91)
befindet sich dann im unteren Bereich des Kopfabschnitts (28).
In einem zweiten Schritt wird das zumindest bereichsweise eingefettete
Verstellelement (50) in die Verstellbohrung (21) eingeschraubt,
bis beide verstellelementseitigen Stirnflächen (54) zumindest
annähernd
bündig
gegenüber
den schmalen Seitenflächen
(13) des Gehäuses
(10) ausgerichtet sind. Das Verstell element (50)
befindet sich nun in seiner Nulllage. In einem dritten Schritt werden
das Druckstück
(42) und der Gewindestift (41) in die Fixierbohrung
(33) eingesetzt und der Gewindestift (41) festgeschraubt.
In einem vierten Schritt wird der Deckel (70) aufgeschraubt.
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Ggf.
werden erst jetzt die Pfeile (35, 37), die Markierungsstriche
(36, 38), die Skalen (57) und die anderen
Beschriftungen per Laser aufgebracht. Nun ist die Feinverstellvorrichtung
(1) handelsfertig.
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Zur
Montage am Radialbohr- und Fräskopf (90)
wird der Deckel (70) entfernt und das Gehäuse (10)
mit dem Zentriersteg (11) in die Nut (94) des Kopfgehäuses (93)
gesetzt. Abschließend
wird ein Kugelkopf-Sechskant-Stiftschlüssel leicht schräg in die
Befestigungsbohrung (25) – die Nut (61) passierend – eingeführt und
die Schraube (91), hier eine Sechskantschraube, angezogen.
Abschließend
wird der Deckel (70) wieder eingeschraubt.
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Soll
nun zum Justieren das Gehäuse
(10) nach 3 gegenüber dem Zentrierbolzen (81)
in der Feinverstellvorrichtung (1) nach rechts verschoben
werden, vgl. 5, so muss das Verstellelement (50) – bei einem
Rechtsgewinde – durch
ein Drehen im Uhrzeigersinn bewegt werden. Die Flanke (63)
der Nut (61) legt sich hierbei gleitend am Zentrierbolzen (81)
an. Als Werkzeug für
das Verdrehen wird hierzu z. B. ein Sechskant-Stiftschlüssel benutzt. Er wird dazu
rechts in die Werkzeugausnehmung (55) des Verstellelements
(50) eingesteckt. 5 zeigt
die Maximalverstellung (8) in eine Richtung. Der Zentrierbolzen
(81) schlägt
an der Sacklochbohrung (31) an. Der Verstellweg beträgt hier
1 mm.
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Bei
den in den 1 und 2 dargestellten Skalen
(57) ergibt – bei
dem angegebenen Feingewinde M16 × 0,75 – eine Verdrehung des Verstellelements
(50) gegenüber
dem Gehäuse
(10) um einen großen
Skalenstrich, einen Verstellweg von 93,75 μm. Wird eine feinere Verstellung
gewünscht,
kann z. B. auf ein Feingewinde M16 × 0,5 oder M16 × 0,25 ausgewichen
werden.
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- 1
- Feinverstellvorrichtung
- 8
- Hälfte des
maximalen Verstellwegs für
(90)
- 10
- Gehäuse
- 11
- Zentriersteg
- 12
- Oberseite
- 13
- Seitenfläche, schmal
- 14
- Seitenfläche, groß, vorn
- 15
- Seitenfläche, groß, hinten
- 21
- Verstellbohrung,
Durchgangsbohrung
- 22
- Mittellinie
von (21) und (50)
- 23
- Gewinde,
Feingewinde
- 24
- Fixierabschnitt
- 25
- Befestigungsbohrung,
Durchgangsbohrung
- 26
- Mittellinie
von (25)
- 27
- Gewindeabschnitt
- 28
- Kopfabschnitt
- 29
- Befestigungsabschnitt
- 31
- Sacklochbohrung
- 32
- Mittellinie
von (31)
- 33
- Fixierbohrung
- 35
- Pfeil,
oben nach 1
- 36
- Markierungsstrich,
oben
- 37
- Pfeil,
unten nach 1
- 38
- Markierungsstrich,
unten
- 41
- Gewindestift
- 42
- Druckstück
- 50
- Verstellelement
- 51
- Gewinde,
Feingewinde
- 52
- Freistich
- 53
- Außenfläche, zylindrisch
- 54
- Stirnflächen
- 55
- Werkzeugausnehmung
- 57
- Skala
- 61
- Positionierausnehmung,
Nut
- 62
- Flanke,
links
- 63
- Flanke,
rechts
- 64
- Grund,
Nutgrund
- 70
- Deckel
- 80
- positive
Adapterprofilgruppe, Werkzeugmaschinenadapter
- 81
- Zentrierbolzen
- 90
- Radialbohr-
und Fräskopf,
negative Adapterprofilgruppe, auswechselbare Baugruppe, Werkzeugadapter
- 91
- Schraube,
Senkschraube
- 93
- Kopfgehäuse
- 94
- Nut
- 95
- VDI-Aufnahme
- 96
- Spindel
- 97
- Werkzeugaufnahme