DE19845750A1

DE19845750A1 - Fräsmaschinenkopf

Info

Publication number: DE19845750A1
Application number: DE1998145750
Authority: DE
Inventors: Perez Eduardo Perez
Original assignee: Zayer SA
Current assignee: Zayer SA
Priority date: 1998-10-05
Filing date: 1998-10-05
Publication date: 2000-04-13
Anticipated expiration: 2018-10-06
Also published as: DE19845750B4

Abstract

Fräsmaschinenkopf mit unabhängigen Motoren für das Drehen des Winkelstücks und des Werkzeugkopfes und unabhängigen Meßsystemen für Winkelstück und Werkzeugkopf, die von den kinematischen Ketten zum Drehen dieser Elemente getrennt sind, so daß sie die tatsächliche Drehung der Elemente ohne Beeinflussung durch die der kinematischen Kette inhärenten Verdrehungen und Verformungen messen und mit Vorrichtungen für das aufeinanderfolgende und das synchrone Drehen von Winkelstück und Werkzeugkopf.

Description

Ein Fräsmaschinenkopf konventioneller Technologie besteht aus einem Win kelstück, das sich an der Maschine dreht und einem Werkzeugkopf, der sich am Winkelstück dreht.

Durch das Zusammenwirken beider Drehungen soll die gewünschte räumli che Ausrichtung des Fräswerkzeuges gewährleistet werden.

Die bekannten Fräsmaschinenköpfe sind mit dem Problem behaftet, daß die Steuerung für die Ausrichtung des Winkelstücks an der Maschine und des Werkzeugkopfes am Winkelstück ungleichmäßig verläuft. Folglich kann die Ausrichtung der Werkzeugachse nicht kontinuierlich sein. Der Gebrauchs wert wird dadurch erheblich eingeschränkt, da es kaum möglich ist, die Werkzeugachse mit exakten Winkelgraden auszurichten, wenn die genannte Ausrichtung zum Beispiel mittels Hirth-Zahnkränzen erfolgt.

Der Fräsmaschinenkopf dieser Erfindung überwindet dieses Problem durch folgende Merkmale:

- Voneinander unabhängige Motoren zum Antrieb der Drehung des Winkel stücks und des Werkzeugkopfes.
- Unabhängige Meßgeräte für das Winkelstück und den Werkzeugkopf. Die Geräte sind von den kinematischen Ketten zum Drehen dieser beiden Ele mente getrennt, so daß die tatsächliche Drehung der Elemente ohne Beein flussung durch die der kinematischen Kette inhärenten Verdrehungen und Verformungen gemessen wird.
- Das Winkelstück und der Werkzeugkopf können nacheinander oder syn chron gedreht werden.
- Das Winkelstück und der Werkzeugkopf können mittels der Steuerung gleichzeitig gedreht werden, so daß im Zusammenwirken mit der Fahrt eines Maschinenschlittens auch das Fräsen von bogenförmigen Oberflächen und das Ausrichten der genannten Maschinenteile in Winkelgraden von 0,001° und folglich ein exaktes Ausrichten der Achse des Fräsmaschinenkopfes oder des Werkzeugkopfes möglich ist.

Der Fräsmaschinenkopf der vorliegenden Erfindung gehört zu den Maschi nentypen, die aus einem Winkelstück bestehen, das sich in einer ersten Ebe ne an der Maschine dreht, und aus einem Werkzeugkopf, der sich in einer zweiten und zur ersten schräg stehenden Ebene an dem Winkelstück dreht. Der Fräsmaschinenkopf zeichnet sich durch ein erstes geschlossenes Servo system aus, bestehend

a) aus einem ersten Motor, der eine erste kinematische Kette antreibt, die die Bewegung an die Kurbelwelle des Winkelstücks überträgt; und
b) aus einer zweiten, im Bereich der geringsten Verdrehung, über der ersten Welle befindlichen kinematischen Kette. Diese überträgt die Bewegung an einen ersten Bewegungstaster und ein zweites geschlossenes Servosystem, bestehend
c) aus einem zweiten Motor, der eine dritte kinematische Kette antreibt, die die Bewegung an den Werkzeugkopf überträgt; und
d) aus einer vierten, im Bereich der geringsten Verdrehung, über einer zweiten Welle befindlichen kinematischen Kette. Diese überträgt die Bewe gung an einen zweiten Bewegungstaster; und
e) aus Vorrichtungen für ein beliebiges Ausrichten des Winkelstücks an der Maschine
f) aus Vorrichtungen für ein beliebiges Ausrichten des Werkzeugkopfes am Winkelstück

Der Fräsmaschinenkopf verfügt ferner über ein Blockiersystem, um das Winkelstück und den Werkzeugkopf in der erreichten Position und mit einer Genauigkeit von 0,001° festzustellen. Die vom Blockiersystem ausgeübte Kraft hält dem Druck, den der Fräsmaschinenkopf beim Fräsen mit voller Leistung ausübt, stand.

Zum besseren Verständnis des Zwecks der vorliegenden Erfindung wird in den Plänen ein für eine Realisierung geeignetes Modell beschrieben, bei dem einige Zubehörteile ohne Beeinträchtigung der Grundidee verändert werden könnten.

Fig. 1 zeigt eine schematische Ansicht eines Längsschnittes durch ein Ent wurfsmodell des Fräsmaschinenkopfes dieser Erfindung.

Im Folgenden wird ein beispielhafter und nicht andere Varianten ausschließender Entwurf beschrieben.

Der Fräsmaschinenkopf besteht aus zwei, in einem Winkel von 45° aneinan der befestigten Teilen, dem Winkelstück 1 und dem Werkzeugkopf 2.

Das Winkelstück 1 dreht sich um Achse A, der Werkzeugkopf 2 um Achse B.

Die Ausrichtung der Achse des Fräswerkzeugs, Achse C, erfolgt, indem das Winkelstück 1 und der Werkzeugkopf 2 in einem bestimmten Winkeln zu einander ausgerichtet werden.

Eine brauchbare Ausrichtung der Achse des Fräswerkzeugs, Achse C, setzt ein stufenloses Ausrichten von Werkzeugkopf 2 und Winkelstück 1 voraus, d. h. daß eine mögliche Zunahme des Ausrichtungswinkels so klein wie möglich ist. (Bei dem Fräsmaschinenkopf dieser Erfindung wird eine Ge nauigkeit von 0,001° erreicht).

Mit diesem verbesserten Fräsmaschinenkopf kann die Achse C nicht nur ex akt und bedarfsgerecht ausgerichtet werden, sondern es ist auch eine konti nuierliche und gesteuerte Fahrt der Achse und folglich des Fräswerkzeugs möglich. In Kombination mit der geradlinigen Fahrt eines Maschinenschlit tens wird dadurch auch das Fräsen von gebogenen Oberflächen möglich.

Arbeitsweise

Das an einem Schlitten oder einem Element der Werkzeugmaschine 6 befe stigte Winkelstück 1 dreht sich um Achse A. Für das Drehen des Winkel stückes und die Axialsteuerung sorgen die Kugellager D, obwohl auch La gerbuchsen verwendet werden könnten.

Das Antriebssystem ist ein geschlossenes Servosystem und besteht aus ei nem Antriebsmotor und einem Meßsystem. Die Steuerung des Servosystems kann durch eine numerische Steuerung, einen PLC oder durch eine Schalt karte zum Regeln und Steuern der Werkzeugausrichtung erfolgen.

Der Drehantrieb erfolgt mittels eines (nicht dargestellten) unabhängigen, elektrischen oder hydraulischen Motors und eines Bandes 3, das die Bewe gung auf einen Kranz 4 überträgt, der an der Kurbelwelle 20 des Winkel stückes 1 befestigt ist. Dieser Antrieb kann alternativ auch durch einen Me chanismus aus Bändern und Kränzen und mit einer auf Getriebe, Zahnrie men oder Ketten beruhenden Übertragung erfolgen.

Die Drehposition des Winkelstücks 1 wird durch einen Taster 5 gemessen, der die Drehbewegung des Winkelstück 1 mittels einer Übertragung mit mi nimalem Spiel registriert. Die Übertragung kann über Getriebe und Zahn riemen erfolgen.

Die Verzahnung 21 der kinematischen Kette für die Übertragung zum Taster 5 sollte auf der Welle 20 so weit wie möglich vom Übertragungskranz 4 entfernt angebracht werden, um ein minimales Spiel zu gewährleisten, damit die Welle 20 keine durch ihre Verformung oder Verdrehung bedingte Fehl messungen überträgt.

Bei Erreichen der gewünschten Ausrichtung des Winkelstücks 1 wird dieses durch den von ihm gegen das Bezugselement 6 ausgeübten Druck am Schlitten oder an einem entsprechenden Maschinenteil der Werkzeugma schine 6 befestigt und blockiert. Das Bezugselement kann ein Teil der Werkzeugmaschine 6 oder der Schlitten selbst sein oder ein darin unterge brachtes Element. Der Druck des Winkelstücks auf das Bezugselement 6 kann durch hydraulischen Druck, durch Klemmen oder beides gleichzeitig erzeugt werden. Am Winkelstück 1 wurde eine kreisförmige Ausfräsung an gebracht, in der sich die Köpfe 23 mehrerer Druckschrauben 8 befinden. Die Schraubenschäfte bilden den Kolben, die Schraubenhälse den Stößel, die Schraubenköpfe haben eine Druckfiktion. Die Schäfte 7 dieser Schrauben 8 stecken in kreisförmig angebrachten Blindbohrungen 27. Das Winkelstück 1 wird durch die Druckwirkung der Schrauben, die durch hydraulischen Druck auf eine der Seiten des Kolbens und durch die Tellerfedern 9 entsteht, auf das Bezugselement oder Maschinenteil 6 gedrückt und blockiert. Die Entriegelung des Winkelstückes zum Zwecke eines freien Drehens erfolgt durch Aufhebung der zuvor beschriebenen Blockierkraft und Erzeugung ei ner gegenläufigen Kraft, indem ein hydraulischer Druck auf die gegenüber liegende Kolbenseite 7 ausgeübt wird, so daß die Köpfe 23 der Schrauben 8 in den Bohrungen 22 Spiel erhalten und das Winkelstück 1 frei laufen kann.

Der Werkzeugkopf 2 ist am Winkelstück 1 befestigt und dreht sich um Ach se B. Die Kugellager E dienen dem Drehen, die Kugellager F der Axial steuerung; zu diesem Zweck können auch Lagerbuchsen verwendet werden.

Das Antriebssystem ist ein geschlossenes Servosystem und setzt sich aus einem Motor und einem Meßsystem zusammen. Die Steuerung des Servosy stems kann durch eine numerische Steuerung, mittels eines PC oder durch eine Schaltkarte zum Regeln und Steuern der Ausrichtung erfolgen.

Das Drehen erfolgt durch einen unabhängigen, elektrischen oder hydrauli schen (nicht abgebildeten) Motor 24 und ein laufendes Band 3, das die Be wegung auf einen mit einem Getriebe 12 verbundenen Kranz 4 überträgt, der seinerseits die Bewegung an eine am Werkzeugkopf 2 angebrachte Verzah nung 13 weitergibt. Dieser Antrieb kann alternativ durch Getriebe, Zahnrie men und Ketten erfolgen.

Die Drehposition des Werkzeugkopfes 2 wird durch einen Taster 14 ermit telt bzw. gemessen, der durch eine Übertragung mit minimalem Spiel die Drehung des Werkzeugkopfes registriert, d. h. daß die Verzahnung für diese Übertragung mit minimalen Spiel zum Taster an der Stelle der Welle, die die geringste Verdrehung aufweist, angebracht werden muß. Die Übertra gung kann mittels Getriebe oder Zahnriemen erfolgen.

Bei Erreichen der gewünschten Ausrichtung des Werkzeugkopfes 2 wird dieser am Winkelstück befestigt und blockiert, indem, ähnlich dem zuvor beschriebenen Beispiel des Winkelstückes 1 und des Bezugselementes der Werkzeugmaschine 6, Druck auf das Winkelstück 1 ausgeübt wird. Der Druck des Winkelstücks auf das Bezugselement 6 kann durch hydraulischen Druck, durch Klemmen oder beides gleichzeitig erzeugt werden. Im vorlie genden Fall wird der Werkzeugkopf 2 durch die Druckwirkung der Schrau ben, die durch hydraulischen Druck auf eine der Seiten des Kolbens und durch die Tellerfedern 9 entsteht, auf das Winkelstück 1 gedrückt und blockiert. Mehrere kreisförmig verteilte Schrauben üben die Entriegelungskraft aus. Die Entriegelung des Werkzeugkopfes zum Zwecke eines freien Dre hens erfolgt durch Aufhebung der zuvor beschriebenen Blockierkraft und Erzeugung einer gegenläufigen Kraft, indem ein hydraulischer Druck auf die gegenüberliegende Kolbenseite 7 ausgeübt wird, so daß die Köpfe 23 der Schrauben 8 in den Bohrungen 22 Spiel erhalten und der Werkzeugkopf 1 frei laufen kann.

Das System für die Feststellung/Entriegelung des Winkelstücks an der Ma schine und des Werkzeugkopfes am Winkelstück kann auch umgekehrt wer den, indem man die Ausfräsung und die Schraubenköpfe an der Maschine 6 (bei Achse A) statt am Winkelstück 1 und/oder am Winkelstück 1 (bei Ach se B) statt am Werkzeugkopf 6 anbringt.

Die Erfindung umfaßt auch die Möglichkeit, daß statt der Bohrungen für die Unterbringungen der Schrauben eine Ausfräsung gemacht wird, so daß statt Schrauben auch ein durchgehendes, ringförmiges Objekt verwendet werden kann.

Claims

1. Fräsmaschinenkopf für Fräsmaschinen aus einem Winkelstück (1), das in einer ersten Ebene relativ zu der Maschine drehbar ist, und einem Werkzeugkopf (2), der in einer zweiten, zur ersten in einem Winkel von 45° ausgerichteten Ebene relativ zu dem Winkelstück drehbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß er ein erstes geschlossenes Servosystem aufweist, bestehend aus

a) einen ersten Motor, der eine erste kinematische Kette antreibt, die ihre Bewegung an die Kurbelwelle des Winkelstücks (1) überträgt und
b) einer zweiten, im Bereich der geringsten Verdrehung über der ersten Wel le befindlichen kinematischen Kette, die ihre Bewegung an einen ersten Be wegungstaster (5) überträgt und an ein zweites geschlossenes Servosystem, bestehend aus
c) einem zweiten Motor, der eine dritte kinematische Kette antreibt, die ihre Bewegung an den Werkzeugkopf überträgt, und
d) einer vierten, im Bereich der geringsten Verdrehung über einer zweiten Welle befindlichen kinematischen Kette, die die Bewegung an einen zweiten Bewegungstaster überträgt, und
e) Vorrichtungen zum beliebigen Ausrichten des Winkelstücks an der Ma schine und
f) Mittel zum beliebigen Ausrichten des Werkzeugkopfes am Winkelstück.

2. Fräsmaschinenkopf für Fräsmaschinen nach Anspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, daß die Mittel zum beliebigen Ausrichten des Winkelstückes an der Maschine aufweisen:

a) eine kreisförmige Ausfräsung an der der Maschine gegenüberliegenden Winkelstückseite,
b) eine Reihe zylindrischer Bohrungen an der Maschine, die der kreisförmi gen Ausfräsung gegenüberliegen, in denen sich jeweils
c) eine Schraube befindet, deren Schaft als Kolben und deren Hals als Stößel dient und deren Kopf sich in der kreisförmigen Ausfräsung befindet und d) Mittel zur Betätigung der Schrauben.

3. Maschinenkopf für Fräsmaschinen nach einem der vorstehenden An sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zum beliebigen Ausrichten des Winkelstücks an der Maschine aufweisen:

a) eine kreisförmige Ausfräsung in der dem Winkelstück gegenüberliegen den Seite des Werkzeugkopfes,
b) eine Reihe zylindrischer Bohrungen am Winkelstück, die der kreisförmi gen Ausfräsung gegenüberliegen, in denen sich jeweils
c) eine Schraube befindet, deren Schaft als Kolben und deren Hals als Stößel dient und deren Kopf sich in der kreisförmigen Ausfräsung befindet und
d) Mittel zur Betätigung der Schrauben.