DE19824677C2 - Werkzeugsternrevolver mit einstufigem Schwenkgetriebe - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung für einen Werkzeug­ sternrevolver mit einem auf einem Grundkörper mit geneigter Schwenkachse angeordneten Revolverkopf mit mindestens zwei Werkzeugaufnahmespindeln, zum Kuppeln einer axial verschieb­ baren Revolverspindel an die jeweilige Werkzeugaufnahmespindel und zum Kuppeln und Schwenken des Revolverkopfes, wobei am schwenkbaren Revolverkopf ein Zahnrad angeordnet ist, das von der Revolverspindel unter Schneiden oder Kreuzen ihrer beiden Rotationsachsen durchquert wird und das während der Bear­ beitungsphase mit dieser nicht in Wirkverbindung steht.

Aus der DE 196 21 356 A1 ist ein derartiger Werkzeugstern­ revolver bekannt. Das Antriebsgetriebe für die Schwenkpositio­ nierung umfaßt einen Getriebezug mit einer Nebenwelle. Ein von der Revolverspindel angetriebenes Zahnrad kämmt mit einem An­ triebsrad einer zur Revolverspindel parallelen Nebenwelle. Das Abtriebsrad der Nebenwelle kämmt mit einem am Revolverkopf an­ geordneten Kronenrad. Der mehrteilige Getriebezug hat viele Einzelteile, die einen hohen Fertigungs- und Montageaufwand erfordern. Zudem wirkt sich die Nebenwelle durch ihre Massen­ trägheit verzögernd auf die Revolverkopfbeschleunigungen beim Anfahren und Abbremsen aus.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher das Problem zugrunde, eine Vorrichtung zu schaffen, mit deren Hilfe bei einem mini­ malen Bauraumvolumen der Revolverkopf schnell und geräusch- bzw. vibrationsarm geschwenkt werden kann. Auch soll der Sternrevolver einen unkomplizierten, wartungsarmen Aufbau ha­ ben.

Das Problem wird mit Hilfe einer Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Dazu wird ein Getriebe für die Schwenkbewegung des Revolverkopfes gestaltet, das ohne Neben­ wellen auskommt. Die Revolverspindel weist eine Außenverzah­ nung auf, die - nach einem einkuppelnden Verschieben der Re­ volverspindel - mit dem am Revolverkopf angeordneten Zahnrad, direkt oder über mindestens ein Zwischenrad, ein einstufiges Innenradgetriebe bildend kämmt, wobei sich die Rotationsachsen des Zahnrades und der Revolverspindel schneiden oder kreuzen.

Damit hat das Getriebe zum Schwenken des Revolverkopfes eine minimale Teilezahl. Die Revolverspindel treibt den Revolver­ kopf über ein einstufiges Getriebe an. Folglich ist die Mas­ senträgheit der rotierenden Bauteile minimal. Auch hat das Ge­ triebe ein geringeres Gesamtspiel. Da zudem durch den Wegfall der Nebenwelle im Zentrum des Revolverkopfes mehr Platz ist, kann die Außenverzahnung an der Revolverspindel eine relativ hohe - von der Grenzzähnezahl weit entfernt liegende - Zähne­ zahl haben, so daß durch die hierdurch bedingte größere Zahn­ fußfestigkeit das Schwenkgetriebe höher belastbar ist.

Im übrigen gestaltet sich durch den Wegfall der Nebenwelle der Aufbau des Revolverkopfes einfacher. Er hat weniger bewegbare Bauteile, womit der Fertigungs-, Montage- und Wartungsaufwand sinkt. Auch ist der Aufbau unkomplizierter, da im Inneren des Sternrevolvers mehr Platz für die Hydraulik- und Pneumatik­ verrohrung ist.

Die Innenradpaarung kann sich schneidende oder sich kreuzende Rotationsachsen haben. Des weiteren kann der Zahnverlauf der Räder gerade, schräg, - oder bogenförmig sein.

Um beispielsweise das Antriebsdrehmoment für den Revolverspin­ delantrieb zu senken, kann für das Schwenkgetriebe eine große Übersetzung notwendig sein. Wenn sich dann durch die größere Übersetzung ein größerer Abstand zwischen der Revolverspindel und dem am Revolverkopf angeordnete Zahnrad ergibt, kann die­ ser Abstand u. a. durch ein ggf. zur Revolverspindel parallel ausgerichtetes Zwischenrad überbrückt werden.

Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den nicht zitierten Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung einer schematisch dargestellten Ausführungsform:

Fig. 1: Längsschnitt durch einen Werkzeugsternrevolver;

Fig. 2: Längsschnitt durch eine Werkzeugaufnahmespindel.

Die Fig. 1 zeigt einen Werkzeugsternrevolver, im folgenden als Sternrevolver bezeichnet, in einem vertikalen Längs­ schnitt. Ein derartiger Sternrevolver ist als Teil einer Werk­ zeugmaschine oder eines Bearbeitungszentrums über einen Grund­ körper (10) beispielsweise an einen Vertikalschlitten eines Werkzeugmaschinenständers befestigt. Beim vorliegenden Bei­ spiel ist der Revolverkopf (40) des Sternrevolvers auf dem Grundkörper (10) um 360° schwenkbar gelagert. Die Schwenk­ achse (11) schließt mit der Vertikalen einen 45°-Winkel ein.

Der Revolverkopf (40) umfaßt beispielsweise sechs Werkzeugauf­ nahmespindeln (50), die mit gleicher Teilung auf der zur Schwenkachse geneigten Außenkontur angeordnet sind. Die Mit­ tellinien der Werkzeugaufnahmespindeln (50) schneiden sich im Zentrum des Sternrevolvers. Die Mittellinien von je zwei ein­ ander gegenüberliegenden Werkzeugaufnahmespindeln (50) schließen hierbei z. B. einen 90°-Winkel ein.

Der den Revolverkopf (40) tragende Grundkörper (10) hat u. a. drei Aufgaben. Erstens wird über ihn der Sternrevolver an der Werkzeugmaschine angeflanscht. Dazu hat er eine rückseitige Flanschfläche (12). Zweitens lagert und führt der Grundkör­ per (10) den schwenkbaren Revolverkopf (40). Drittens beinhal­ tet oder trägt er alle Baugruppen oder Bauteile, die für das Kuppeln und Antreiben der Werkzeugaufnahmespindeln (50) sowie das Schwenken des Revolverkopfes (40) notwendig sind.

Der Revolverkopf (40) liegt auf einer planen, kreisrunden Ba­ sisfläche (13) des Grundkörpers (10) auf. Die Basisfläche (13) ist eine schiefe Ebene, deren zentrale Flächennormale die Schwenkachse (11) bildet. Im Randbereich der Basisfläche (13) sind übereinander ein Außenzentrierring (17) und ein Ringzy­ linder (18) befestigt. Beide Teile (17, 18) umgreifen einen Ringkolben (19) von außen. Der Außenzentrierring (17) und der Ringkolben (19) haben eine zueinander gewandte, komplementäre Planverzahnung. In Richtung der Schwenkachse (11) gesehen ist zwischen der Planverzahnung des Ringkolbens (19) und der Ba­ sisfläche (13) ein Innenzentrierring (42) angeordnet. Letzte­ rer ist direkt mit dem Spindelträger (41) des Revolver­ kopfes (40) verschraubt. Der Innenzentrierring (42) und der Ringkolben (19) haben ebenfalls eine zueinander gewandte, kom­ plementäre Planverzahnung.

Der Revolverkopf (40) sitzt im Betriebszustand auf der Basis­ fläche (13) auf. Hierbei wird der Ringkolben (19) hydraulisch gegen den Außen- (17) und Innenzentrierring (42) gepreßt. Die Planverzahnungen greifen ineinander und fixieren den Revolver­ kopf (40) axial und radial gegenüber dem Grundkörper (10). Die Planverzahnungen bilden eine Verriegelung.

Soll der Revolverkopf (40) gegenüber dem Grundkörper (10) ge­ schwenkt werden, wird zum Entriegeln das Hydrauliköl im Ring­ zylinder (18) entlastet und außerdem wird der Ringkolben (19) über mehrere - nicht dargestellte - im Kreis angeordnete und zur Schwenkachse (11) parallele Hydraulikkolben zurückgescho­ ben. Die Hydraulikkolben sitzen im Grundkörper (10) und im Au­ ßenzentrierring (17).

Zusätzlich hat der Grundkörper (10) im Zentrum der Basisflä­ che (13) einen Schwenklagerzapfen (20), dessen Mittellinie die Schwenkachse (11) ist. Auf dem Schwenklagerzapfen (20) ist eine Stummelachse (21) befestigt, die ein mittels einer Mut­ ter (23) eingestelltes Schrägkugellager (22) trägt. Das Schrägkugellager (22) begrenzt das Abheben des Revolver­ kopfes (40) von der Basisfläche (13).

Zum Schwenken des Revolverkopfes (40) wird zwischen die Basis­ fläche (13) und den Innenzentrierring (17) feinstgefiltertes Gas, beispielsweise Luft, eingepresst. Das Gas, das ggf. schon mit dem Entriegelungsvorgang zugeschaltet werden kann, strömt aus Bohrungen (14), die in die Basisfläche (13) münden. Durch das einströmende Gas hebt der Revolverkopf (40), gehalten vom Schrägkugellager (22), um einige µm von der Basisfläche (13) ab. Das Gas bewirkt zusätzlich eine Reinigung der Lagerfuge zwischen der Basisfläche (13) und dem Innenzentrierring (17). Es verdrängt während der Positionsänderung des Revolver­ kopfes (40) gegebenenfalls in die Lagerfuge eingedrungenes Hydraulik- und/oder Lageröl, so daß nach dem Beenden des Positionierens der Revolverkopf (40) auf einer nahezu ölfreien Basisfläche (13) aufliegt. Dadurch wird die Wiederhol­ genauigkeit beim Positionieren erheblich erhöht. Ferner wird durch die Gasabhebung der Reibwiderstand in der Lagerfuge ab­ gesenkt, wodurch u. a. die Schwenkbewegung bzw. der Positio­ nierablauf beschleunigt wird.

Das Antriebsgetriebe besteht aus einer Außenverzahnung (67) der Revolverspindel (60) und einem am schwenkbaren Revolver­ kopf (40) fixierten oder ggf. eingearbeiteten Zahnrad (38). Die Außenverzahnung (67) ist beispielsweise eine geradver­ zahnte Evolventenverzahnung. Das Zahnrad (38), das im folgen­ den als Hohlrad bezeichnet wird, ist im Ausführungsbeispiel am Spindelträger (41) befestigt.

Die Hohlradmittellinie ist gleichzeitig die Schwenkachse (11). Folglich schließen die Hohlradmittellinie und die Revolver­ spindelmittellinie einen 45°-Winkel ein. Das Antriebsgetriebe für die Schwenkpositionierung hat beispielsweise eine Ge­ samtübersetzung von 3/1, d. h., drei Revolverspindelumdrehungen entsprechen einer Hohlradumdrehung. Die Verzahnung des Hohl­ rades (38) entspricht einer Art von Kronenradverzahnung, wie sie von dem Unternehmen Crown Gear B. V., Rotterdam unter der Bezeichnung Cylcro-Verzahnung gefertigt wird.

Die axial zu Schaltzwecken verschiebbare Revolverspindel (60) weist zur Kühlmittelführung eine zentrale Längsbohrung (61) auf. Bezüglich ihrer Außenkontur ist sie vierfach gestuft aus­ geführt, wobei jeder Stufe ein separater Funktionsbereich zu­ kommt. Der erste Funktionsbereich betrifft das rechte Spin­ delende. Dort hat die Revolverspindel (60) einen Polygonpro­ filabschnitt (62), mit dem sie in einem Antriebsadapter (73) mit einem komplementären Innenprofil längsverschiebbar sitzt. Der Antriebsadapter (73) ist an der Welle eines nicht darge­ stellten Antriebsmotors angeflanscht. Im Spindelende ist eine Stufenbohrung (63) eingearbeitet, die einen zylindrischen Hy­ draulikadapter (74) über ein Gewinde aufnimmt. Das freie Ende des Hydraulikadapters (74) endet in der nicht dargestellten hohlen Welle des Antriebsmotors.

Der nächste Bereich der Revolverspindel (60) dient der Spin­ dellagerung in einem hohlen Verschiebekolben (70). Im Ver­ schiebekolben (70) ist die Revolverspindel (60) über zwei Wälzlager (71) in O-Anordnung abgestützt. Der Verschiebekol­ ben (70) selbst sitzt in der Zylinderhülse (27) die den Grund­ körper (10) mit dem nicht dargestellten Gehäuse des Antriebs­ motors starr verbindet. In der Zylinderhülse (27) befinden sich u. a. die Kanäle (28) und (29). Wird der Kanal (28) mit Hydraulikdruck beaufschlagt, verschiebt sich der Verschiebe­ kolben (70) zusammen mit der Revolverspindel (60) nach rechts, während er sich bei einem Beaufschlagen des Kanals (29) nach links bewegt.

Der dritte Revolverspindelbereich von rechts gesehen ist der Abschnitt, der den Grundkörper (10) im Bereich des Schwenk­ lagerzapfens (20) ohne radiale Führung durchquert. An ihm schließt sich der linke Revolverspindelbereich an, der am Übergang zum dritten Bereich die Außenverzahnung (67) trägt. Der linke Bereich ist gegen den dritten Bereich mit einer die Stirnfläche der Außenverzahnung (67) darstellenden Wellen­ schulter (64) abgesetzt. Der Radius der Wellenschulter (64) ist z. B. um die Verzahnungsprofilhöhe der Außenverzahnung (67) größer als der Revolverspindelradius im dritten Bereich.

Durch ein Zurückziehen der Revolverspindel (60) - nach der Art eines Schieberadgetriebes - kommt die Außenverzahnung (67) mit der Verzahnung des Hohlrades (38) in Eingriff, so daß die Revolverspindel (60) mit dem Hohlrad (38) gekuppelt wird.

Um das Einrücken beim Schalten mechanisch zu erleichtern, können bei der Außenverzahnung (67) die Zahnflanken im Bereich der Wellenschulter (64) mit Fasen versehen sein, so daß die Zähne im Randbereich - wie bei einer Schaltverzahnung - zumindest bereichsweise spitz zulaufen. Vergleichbares gilt für die Zähne des Hohlrades (38).

In die linke Stirnseite der Revolverspindel (60) ist eine mehrstufige Ausnehmung (65) eingearbeitet, die u. a. zur Auf­ nahme einer hydraulischen Kupplung (75) und einer Zahn- oder Keilwellenverzahnung (66) dient, vgl. Fig. 2. Sofern sich die Revolverspindel (60) in ihrer Arbeitsposition befindet, also nach links verschoben ist, ragt die koaxial angeordnete Werk­ zeugaufnahmespindel (50) mit ihren komplementär verzahnten, rechten Ende in die Wellenverzahnung (66) ein. Dabei verbindet die hydraulische Kupplung (75) die Längsbohrung (61) der Re­ volverspindel (60) mit einer Längsbohrung (51) der Werk­ zeugaufnahmespindel (50).

Die Werkzeugaufnahmespindel (50) sitzt über einer Spindel­ hülse (47) im Spindelträger (41), vgl. auch Fig. 2. Gegenüber der Spindelhülse (47) ist sie dreifach wälzgelagert. In einem rechtsseitigen Hohlraum (43) zwischen der Baugruppe aus der Spindelhülse (47) und der Werkzeugaufnahmespindel (50) und der Baugruppe aus dem Spindelträger (41) und der Revolverspin­ del (60) befindet sich ein Verriegelungselement (55), das im folgenden als Positionierbüchse (55) bezeichnet ist. Die Posi­ tionierbüchse (55) hat in ihrem Boden eine zentrale Bohrung mit einer Innenverzahnung, über die sie drehstarr und längs­ verschiebbar auf dem Zahn- oder Keilwellenprofilabschnitt (52) der Werkzeugaufnahmespindel (50) sitzt. Sie überragt mit ihrem Randbereich eine Wellenmutter (53), die die Wälzlagerung der Werkzeugaufnahmespindel (50) axial fixiert. An der Wellenmut­ ter (53) stützt sie sich über mehrere Schraubenfedern (59) ab. Die Positionierbüchse (55) hat einen flanschartigen Rand (56), der hier acht am Umfang gleichmäßig verteilte Ausspa­ rungen (57) aufweist.

Befindet sich die Revolverspindel (60) in ihrer Arbeitsposi­ tion, steht der Boden der Positionierbüchse (55) an ihrer lin­ ken Stirnseite an. Dabei ist die Positionierbüchse (55) gegen die Druckwirkung der Schraubenfedern (59) soweit nach links geschoben, daß der Kopf einer im Spindelträger (41) im Bereich des Hohlraums (43) angeordneten Positionierschraube (44) min­ destens 0,5 mm vom Rand (56) der Positionierbüchse (55) ent­ fernt ist. Wird die Revolverspindel (60) zum Antreiben des Hohlrades (38) zurückgezogen, folgt ihr die Positionier­ büchse (55) solange in axialer Richtung, bis ihr Rand (56) auf einer Schulter des Hohlraums (43) aufliegt. Hierbei umgreift eine der acht Aussparungen (57) den Kopf der Positionier­ schraube (44). Folglich ist die Werkzeugaufnahmespindel (50) gegenüber dem Spindelträger (41) gegen Verdrehen gesichert.

Im Zusammenhang mit dem Antriebsmotor, einem geregelten Syn­ chron- und/oder Asynchronmotor mit hochauflösendem Winkelmeß­ system, der regelbar in einer bestimmten Winkelstellung an­ hält, nimmt ein in der einzelnen Werkzeugaufnahmespindel (50) aufgenommenes Werkzeug vor und nach seinem Bearbeitungsvorgang immer die gleiche Position bezüglich seiner Winkellage um seine Längsachse ein.

Der Antriebsmotor ist mit einer hohlen Welle ausgestattet, über die das Kühlmittel der Revolverspindel (60) zugeführt wird.

Bezugszeichenliste

10

Grundkörper

11

Schwenkachse

12

Flanschfläche, rückseitig

13

Basisfläche

14

Bohrungen

17

Außenzentrierring

18

Ringzylinder

19

Ringkolben

20

Schwenklagerzapfen

21

Stummelachse

22

Schrägkugellager

23

Mutter

27

Zylinderhülse, zweiteilig

28

,

29

Kanäle

38

Zahnrad, Hohlrad

40

Revolverkopf

41

Spindelträger

42

Innenzentrierring

43

Hohlraum

44

Positionierschraube

47

Spindelhülse

50

Werkzeugaufnahmespindel

51

Längsbohrung

52

Zahnwellenprofilabschnitt

53

Wellenmutter

55

Positionierbüchse

56

Rand, flanschartig

57

Aussparungen

59

Schraubenfedern

60

Revolverspindel

61

Längsbohrung

62

Polygonprofilabschnitt

63

Stufenbohrung

64

Wellenschulter

65

Ausnehmung

66

Zahnwellenverzahnung

67

Außenverzahnung

70

Verschiebekolben

71

Wälzlager

73

Antriebsadapter

74

Hydraulikadapter

75

hydraulische Kupplung

Claims (4)

1. Vorrichtung für einen Werkzeugsternrevolver mit einem auf einem Grundkörper mit geneigter Schwenkachse angeordneten Re­ volverkopf mit mindestens zwei Werkzeugaufnahmespindeln, zum Kuppeln einer axial verschiebbaren Revolverspindel an die je­ weilige Werkzeugaufnahmespindel und zum Kuppeln und Schwenken des Revolverkopfes, wobei am schwenkbaren Revolverkopf ein Zahnrad angeordnet ist, das von der Revolverspindel unter Schneiden oder Kreuzen ihrer beiden Rotationsachsen durchquert wird und das während der Bearbeitungsphase mit dieser nicht in Wirkverbindung steht, dadurch gekennzeichnet,

• - daß die Revolverspindel (60) eine Außenverzahnung (67) auf­ weist, die - nach einem einkuppelnden Verschieben der Revol­ verspindel (60) - mit dem am Revolverkopf (40) angeordneten Zahnrad (38), direkt oder über mindestens ein Zwischenrad, ein einstufiges Innenradgetriebe bildend kämmt.

2. Vorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Außenverzahnung (67) eine geradverzahnte Evolventenver­ zahnung ist.

3. Vorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Zahnrad (38) ein Hohlrad ist, dessen Zahnkopf- und/oder Zahnfußhüllfläche zumindest annähernd kegelig geformt ist.

4. Vorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Zahnrad (38) über den Revolverkopf (40) axial und radial im Grundkörper (10) gelagert ist und von der Revolverspin­ del (60) und einem Schwenklagerzapfen (20) durchquert ist.