DE19541589C2 - Anordnung einer Spindeltrommelverriegelung an Mehrspindeldrehautomaten - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft die Spindeltrommelverriegelung an Mehrspindeldrehautomaten mittels Stirnverzahnungen.

Seit Mitte der 70er Jahre werden Stirnverzahnungen zur Spindeltrommelverriegelung bei Mehrspindeldrehautomaten eingesetzt. Ihre Vorteile bei der Genauigkeit generell und der Wiederholgenauigkeit der Spindeltrommelverriegelung haben sie zum Standard bei hoch­ genauen Mehrspindeldrehautomaten werden lassen (DE 27 21 671 A1).

Den prinzipiellen Aufbau zeigt Fig. 2: bei der Trommelschaltung wird der an der Trommel befestigte Ring (1) (im folgenden 'innerer Ring' genannt) gegen den am Spindelkasten befestigten Ring (2) (im folgenden 'äußerer Ring' genannt) verdreht. Zum Verriegeln wird der Schließring (3) gegen die beiden Ringe gedrückt und sorgt so dafür, daß die Zähne beider Ringe gleich ausgerichtet sind. Gleichzeitig muß der innere Ring derart gegen eine Anlage (4) gedrückt werden, daß alle 3 Zahnringe im Bereich elastischer Verformung formschlüssig verbunden sind.

Im verspannten Zustand wird die Trommel somit zweifach gehalten:

• 1. durch Reibschluß zwischen innerem Ring und Anlagefläche;
• 2. durch Form- und Reibschluß der Zähne vom inneren Ring über den beweglichen Schließring zum feststehenden äußeren Ring.

Die Verbindung 1 ist bei gleicher Normalkraft steifer als die Verbindung 2, welche zwei mal über relativ elastische Bauelemente (die Zähne) die Kraft übertragen muß.

Für hochgenaue Mehrspindeldrehautomaten muß die Spindeltrommel nach der Schaltung möglichst exakt positioniert werden (Aufgabe der Zähne) und anschließend möglichst steif verspannt werden, um auf die Bearbeitungskräfte mit geringst möglicher Elastizität zu reagieren.

Zusätzliche axiale Kräfte auf die Zahnringgruppe sind von besonderer Bedeutung:

• - Erhöhen sie die Normalkraft für den Reibschluß an der Anlagefläche (der steifen Verbindung von der Trommel zum Spindelkasten), so wird die Vorspannung der Verriegelung erhöht und sie gewinnt an Steifigkeit.
• - Senken sie die Normalkraft für den Reibschluß an der Anlagefläche, so verliert die steife Verbindung an Vorspannung. Damit verliert die Trommelverriegelung (trotz Erhöhung der Kraft auf den Verriegelungsmechanismus) an Steifigkeit, da nun im wesentlichen die Zähne die Trommel in ihrer Lage halten müssen und zusätzlich die Verbindung Schließring - äußerer Ring entlastet wird.

Axiale Kräfte werden im wesentlichen durch Reaktionskräfte der Längsbearbeitung (im folgenden 'Längskräfte' genannt) und durch Reaktionskräfte der radialen Bearbeitung (im folgenden 'Radialkräfte' genannt) hervorgerufen. Fig. 4 zeigt die Spindeltrommel (5) mit Spindeln und Werkstücken. Als Kräfte sind eingezeichnet die Summe der Radialkräfte 'R' und die von der Verriegelung zu erbringenden axialen Auflagerkräfte 'A1' und 'A2'. Als Abstände sind eingezeichnet: 'a' zwischen Radialkraft und Verriegelung; 'b' als Verriegelungsdurchmesser.

Die mechanische Gleichgewichtsbetrachtung zeigt: A1 = A2 = R × a/b Je nach Verriegelungsanordnung wirkt entweder A1 oder A2 entlastend auf einen Teil der Anlagefläche der Verriegelung. Dies zeigt, daß bei gegebenem Verriegelungsdurchmesser (b) und gleicher Radialkraft (R) die Trommel um so besser verriegelt ist, um so kleiner der Abstand zwischen Bearbeitung und Verriegelung (a) ist.

Durch ungleiche Temperaturänderungen im Spindelkasten sind ungleiche Längenausdehnungen im Spindelkasten unvermeidlich. Dies kann zur Schrägstellung von Wänden und des mit ihnen verbundenen äußeren Ringes führen. Je weiter der Ring von der vorderen Spindelkastenwand mit den aufgesetzten Querschlittenblöcken entfernt ist, um so gravierender wirkt sich die Winkelabweichung zwischen der Trommel und der 1. Spindelkastenwand mit den Querschlitten im Drehergebnis aus.

Fig. 5 zeigt links eine Trommel mit hinten liegender Verriegelung (6) und rechts eine Trommel mit vorne liegender Verriegelung (7). Beide Trommeln sind um 'alpha' gegenüber der normalen Lage gedreht. Das Maß 'c' zeigt die geringere Auswirkung an der Werkstückspitze bei der vorne verriegelten Trommel.

Auch hier gilt also, daß eine vorne liegende Stirnverzahnung günstiger ist als eine hinten liegende.

Stand der Technik ist, daß der Schließring von der Seite der Spindelnase (im folgenden 'vorne' genannt) drückt. Er stützt sich hierbei über den Verriegelungsmechanismus (z. B. Hydraulikzylinder) an dem Spindelkasten ab (im folgenden 'Variante 1' genannt). Der Kraftschluß der Verriegelung findet also über den Spindelkasten oder andere fest mit dem Spindelkasten verbundene Bauteile statt (strichliert in Fig. 2).

Längskräfte und Verriegelung drücken gleichgerichtet den inneren Ring (1) gegen die Anlage (4); die Längskräfte wirken vorspannungserhöhend auf die Verriegelung.

Variante 2 entsteht durch Spiegelung der Anordnung. Auch hier findet, wie bei Variante 1, der Kraftschluß über den Spindelkasten oder fest mit dem Spindelkasten verbundene Bauteile statt (strichliert in Fig. 3). Im Gegensatz zur Variante 1 drücken hier die Schnittkräfte gegen den Schließring, wirken also vorspannungsverringernd für die wichtige Anlagefläche (4).

Nachteilig bei Variante 1 (Fig. 2) ist, daß der Verriegelungsmechanismus oder zumindest ein Teil davon vor der Stirnverzahnung-Ebene liegen muß. Dies führt zu einem relativ großen Abstand (a) zwischen den Spindelnasen und den Zahnringen; das Hebelarmverhältnis 'a' zu 'b' wird dadurch ungünstig, ebenso wie das thermisch bedingte Schrägstellen der Spindeltrommel.

Mit Variante 2 (Fig. 3) sind zwar weit vorne liegende Stirnzahn - Ringe möglich, jedoch wirken die Längskräfte vorspannungsverringernd auf die Verriegelung.

Keine der bisherigen Kombinationen von Stirnverzahnungsringen und Verriegelungs­ mechanismus nutzt also die Vorteile einer auf Höhe der Spindelkastenvorderwand liegenden Stirnverzahnung gleichzeitig mit dem Vorteil einer Vorspannungserhöhung durch Längskräfte. Somit wirken sich entweder starke Längskräfte oder Temperaturdifferenzen und starke Radialkräfte besonders negativ auf die Steifigkeit der Verriegelung aus.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Verriegelung mit vorne ange­ ordneten Zahnringen zu schaffen, die durch Längskräfte an Vorspannung und damit an Steifigkeit gewinnt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale von Patentanspruch 1 gelöst.

Der Verriegelungsmechanismus muß zu diesem Zweck die Trommel gegen den Schließring verspannen. Der Kraftschluß der Verriegelung findet bei der erfundenen Anordnung also über die Trommel statt (strichliert in Fig. 1). Die Kraftkette 'äußerer Ring - Schließring - Verrie­ gelungsmechanismus - Trommel' drückt die Trommel nach hinten. Als Gegenlager dient die Anlagefläche der Verriegelung (4), in Fig. 1 beispielsweise durch Trommelbund und äußeren Ring gebildet. Im verspannten Zustand hält die reibschlüssige Verbindung an der Anlagefläche die Trommel fest in ihrer Position. Längskräfte drücken die Trommel gegen die gleiche Anlage.

Vorzugsweise ist der Verriegelungsmechanismus zwischen den Schließring und die hintere Krafteinleitungsstelle der Trommel zu legen.

Fig. 6 zeigt als Beispiel einen hydraulischen Verriegelungsmechanismus. Durch Druck auf Kammer (8) wird entriegelt, durch Druck auf Kammer (9) wird verriegelt.

Durch die erfundene Anordnung ist es möglich, die Verriegelung sehr nah an die Spin­ delnasen zu bringen und den Schließring von hinten zu betätigen, ohne daß die Längsbe­ arbeitung negativen Einfluß auf die Verriegelung hat; sondern im Gegenteil vorspannungserhöhend wirkt.

Die vorne liegende Verriegelung richtet die Trommel auch bei Schiefstellung des äußeren Rings genau zu den Querschlitten aus. Hieraus resultiert eine Unempfindlichkeit gegen Temperaturänderungen und eine hohe Fertigungsqualität.

Der geringe Abstand zwischen den Spindelnasen und den Zahnringen sorgt außerdem für eine große Unempfindlichkeit gegenüber Radialkräften.

Der hinten angeordnete Schließring vereinfacht die Betätigung: sowohl für Zylinder als auch für lange Federn oder Kurvenmechanismen ist relativ viel Bauraum verfügbar. Hierdurch sind große Einsparungen gegenüber einer Betätigung im beengten Bauraum möglich.

Der Kraftschluß über die Trommel macht vergleichbar steife Teile im Spindelkasten über­ flüssig.

Die neue Anordnung der Verriegelung ändert an der Fertigung der stirnverzahnten Ringe nichts. Es treten somit an diesen sehr komplexen Teilen keine neuen Probleme auf.

Claims (2)

1. Anordnung einer Spindeltrommelverriegelung an Mehrspindeldrehautomaten mit einem an der Spindeltrommel und einem am Spindelkasten befestigten, zueinander koaxialen, in gleicher Richtung verzahnten Stirnzahnring und einem, von einem Verriegelungsantrieb axial dazu verschiebbaren, mit entsprechenden Gegenstirnverzahnungen versehenen in Schließring, wobei der Verriegelungsantrieb die Spindeltrommel in Richtung zum Spindelende drückt, dadurch gekennzeichnet, daß der Verriegelungsantrieb (8, 9) den Schließring (3) in entgegengesetzter Richtung drückt.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Antrieb (8, 9) zwischen Schließring (3) und einer hinteren Trommelabstützfläche liegt.