DE19845750B4

DE19845750B4 - Fräsmaschinenkopf

Info

Publication number: DE19845750B4
Application number: DE1998145750
Authority: DE
Inventors: Eduardo Vitoria Perez Perez
Original assignee: Zayer SA
Current assignee: Zayer SA
Priority date: 1998-10-05
Filing date: 1998-10-05
Publication date: 2005-10-27
Anticipated expiration: 2018-10-06
Also published as: DE19845750A1

Abstract

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) einem ersten Motor, der eine erste kinematische Kette (3) antreibt, die ihre Bewegung an eine Welle (20) des Winkelstücks (1) überträgt und
b) einer zweiten, im Bereich der geringsten Verdrehung über der ersten Welle (20) befindlichen kinematischen Kette (21), die ihre Bewegung an einen ersten Bewegungstaster (5) überträgt, und ein zweites geschlossenes Servosystem aufweist, bestehend aus
c) einem zweiten Motor (24), der eine dritte kinematische Kette antreibt, die ihre Bewegung an eine Welle des Werkzeugkopfes (2) überträgt, und
d) einer vierten, im Bereich der geringsten Verdrehung über der Welle des Werkzeugkopfes...

Description

Ein Fräsmaschinenkopf konventioneller Technologie besteht aus einem Winkelstück, das sich an der Maschine dreht und einem Werkzeugkopf, der sich am Winkelstück dreht.
Durch das Zusammenwirken beider Drehungen soll die gewünschte räumliche Ausrichtung des Fräswerkzeuges gewährleistet werden.

Ein gattungsgemäßer Fräsmaschinenkopf ist aus der US 51 27 779A bekannt. Eine kontinuierliche Ausrichtung der Werkzeugachse, wobei Drehbewegungen des Winkelstücks und des Werkzeugkopfes über Bewegungstaster aufgenommen werden, ist aus dieser Druckschrift jedoch nicht bekannt.

Weitere gattungsähnliche Fräsmaschinenköpfe sind aus der US 38 23 644 sowie der US 55 84 621 A bekannt.

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 Gebrauchswert 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.

Dieses Problem wird gelöst mit einem Fräsmaschinenkopf gemäß Patentanspruch 1.

Insbesondere erweisen sich folgende Aspekte bei dem erfindungsgemäßen Fräsmaschinenkopf als vorteilhaft:

– es sind voneinander unabhängige Motoren zum Antrieb der Drehung des Winkelstücks und des Werkzeugkopfes vorgesehen.
– es sind unabhängige Meßgeräte für das Winkelstück und den Werkzeugkopf vorgesehen. Die Geräte sind von den kinematischen Ketten zum Drehen dieser beiden Elemente getrennt, so daß die tatsächliche Drehung der Elemente ohne Beeinflussung durch die der kinematischen Kette inhärenten Verdrehungen und Verformungen gemessen wird.
– Das Winkelstück und der Werkzeugkopf können nacheinander oder synchron 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 Maschinentypen, die aus einem Winkelstück bestehen, das sich in einer ersten Ebene 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 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.

1 zeigt eine schematische Ansicht eines Längsschnittes durch ein Entwurfsmodell 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° aneinander 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 bestimmten Winkeln zueinander 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 Genauigkeit von 0,001° erreicht).
Mit diesem verbesserten Fräsmaschinenkopf kann die Achse C nicht nur exakt und bedarfsgerecht ausgerichtet werden, sondern es ist auch eine kontinuierliche und gesteuerte Fahrt der Achse C und folglich des Fräswerkzeugs möglich. In Kombination mit der geradlinigen Fahrt eines Maschinenschlittens wird dadurch auch das Fräsen von gebogenen Oberflächen möglich.
Arbeitsweise:
Das an einem Schlitten oder einem Element der Werkzeugmaschine 6 befestigte Winkelstück 1 dreht sich um Achse A. Für das Drehen des Winkelstückes und die Axialsteuerung sorgen die Kugellager D, obwohl auch Lagerbuchsen verwendet werden könnten.
Das Antriebssystem ist ein geschlossenes Servosystem und besteht aus einem Antriebsmotor und einem Meßsystem. Die Steuerung des Servosystems kann durch eine numerische Steuerung, einen PLC oder durch eine Schaltkarte zum Regeln und Steuern der Werkzeugausrichtung erfolgen.
Der Drehantrieb erfolgt mittels eines (nicht dargestellten) unabhängigen, elektrischen oder hydraulischen Motors und einer Getriebeschnecke 3, die die Bewegung auf einen Kranz 4 überträgt, der an der Welle 20 des Winkelstückes 1 befestigt ist. Dieser Antrieb kann alternativ auch durch einen Mechanismus aus Bändern und Kränzen und mit einer auf Getriebe, Zahnriemen oder Ketten beruhenden Übertragung erfolgen.
Die Drehposition des Winkelstücks 1 wird durch einen Taster 5 gemessen, der die Drehbewegung des Winkelstücks 1 mittels einer Übertragung mit minimalem Spiel registriert. Die Übertragung kann über Getriebe und Zahnriemen 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 Fehlmessungen 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 Werkzeugmaschine 6 befestigt und blockiert. Das Bezugselement kann ein Teil der Werkzeugmaschine 6 oder der Schlitten selbst sein oder ein darin untergebrachtes 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 kreisringförmige Ausfräsung 22 angebracht, in der sich die Köpfe 23 mehrerer Druckschrauben 8 befinden. Die Schraubenschäfte bilden den Kolben, die Schraubenhälse den Stößel, die Schraubenköpfe haben eine Druckfunktion. 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 7 und durch die Tellerfedern 9 entsteht, auf das Bezugselement oder Maschinenteil 6 gedrückt und blockiert. Die Entriegelung des Winkelstückes 1 zum Zwekke eines freien Drehens erfolgt durch Aufhebung der zuvor beschriebenen Blockierkraft und Erzeugung einer gegenläufigen Kraft, indem ein hydraulischer Druck auf die gegenüberliegende Kolbenseite ausgeübt wird, so daß die Köpfe 23 der Schrauben 8 in der kreisringförmigen Ausfräsung 22 Spiel erhalten und das Winkelstück 1 frei laufen kann.
Der Werkzeugkopf 2 ist am Winkelstück 1 befestigt und dreht sich um Achse B. Die Kugellager E dienen dem Drehen, die Kugellager F der Axialsteuerung; 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 Servosystems 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 hydraulischen Motor 24 und ein laufendes Band, das die Bewegung auf einen mit einem Getriebe 10, 11 verbundenen Kranz 12 überträgt, der seinerseits die Bewegung an eine am Werkzeugkopf 2 angebrachte Verzahnung 13 weitergibt. Dieser Antrieb kann alternativ durch Getriebe, Zahnriemen und Ketten erfolgen.
Die Drehposition des Werkzeugkopfes 2 wird durch einen Taster 14 ermittelt bzw. gemessen, der durch eine Übertragung mit minimalem Spiel die Drehung des Werkzeugkopfes registriert, d.h. daß die Verzahnung für diese Übertragung mit minimalem Spiel zum Taster an der Stelle der Welle, die die geringste Verdrehung aufweist, angebracht werden muß. Die Übertragung 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 Werkzeugkopfes 2 auf das Winkelstück 1 kann durch hydraulischen Druck, durch Klemmen oder beides gleichzeitig erzeugt werden. Im vorliegenden Fall wird der Werkzeugkopf 2 durch die Druckwirkung der Schrauben 15, die durch hydraulischen Druck auf eine der Seiten des Kolbens 16 und durch die Tellerfedern 17 entsteht, auf das Winkelstück 1 gedrückt und blockiert. Mehrere kreisförmig verteilte Schrauben üben die Blockierkraft aus. Die Entriegelung des Werkzeugkopfes zum Zwecke ei nes freien Drehens erfolgt durch Aufhebung der zuvor beschriebenen Blockierkraft und Erzeugung einer gegenläufigen Kraft, indem ein hydraulischer Druck auf die gegenüberliegende Kolbenseite ausgeübt wird, so daß die Köpfe der Schrauben 15 in der kreisringförmigen Ausfräsung 22 Spiel erhalten und der Werkzeugkopf 2 frei laufen kann.
Das System für die Feststellung/Entriegelung des Winkelstücks an der Maschine und des Werkzeugkopfes am Winkelstück kann auch umgekehrt werden, indem man die Ausfräsung und die Schraubenköpfe an der Maschine 6 (bei Achse A) statt am Winkelstück 1 und/oder am Winkelstück 1 (bei Achse B) statt am Werkzeugkopf 2 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

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) einem ersten Motor, der eine erste kinematische Kette (3) antreibt, die ihre Bewegung an eine Welle (20) des Winkelstücks (1) überträgt und b) einer zweiten, im Bereich der geringsten Verdrehung über der ersten Welle (20) befindlichen kinematischen Kette (21), die ihre Bewegung an einen ersten Bewegungstaster (5) überträgt, und ein zweites geschlossenes Servosystem aufweist, bestehend aus c) einem zweiten Motor (24), der eine dritte kinematische Kette antreibt, die ihre Bewegung an eine Welle des Werkzeugkopfes (2) überträgt, und d) einer vierten, im Bereich der geringsten Verdrehung über der Welle des Werkzeugkopfes (2) befindlichen kinematischen Kette, die ihre Bewegung an einen zweiten Bewegungstaster (14) überträgt, und e) Vorrichtungen zum beliebigen Ausrichten des Winkelstücks an der Maschine und f) Mittel zum beliebigen Ausrichten des Werkzeugkopfes am Winkelstück.
Fräsmaschinenkopf für Fräsmaschinen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtungen zum beliebigen Ausrichten des Winkelstückes (1) an der Maschine aufweisen: a) eine kreisringförmige Ausfräsung (22) an der der Maschine gegenüberliegenden Winkelstückseite, b) eine Reihe zylindrischer Bohrungen an der Maschine, die der kreisringförmigen Ausfräsung gegenüberliegen, in denen sich jeweils c) eine Schraube (8) befindet, deren Schaft als Kolben und deren Hals als Stößel dient und deren Kopf (23) sich in der kreisringförmigen Ausfräsung befindet und d) Mittel zur Betätigung der Schrauben (8).
Fräsmaschinenkopf für Fräsmaschinen nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zum beliebigen Ausrichten des Werkzeugkopfes (2) am Winkelstück (1) aufweisen: a) eine kreisringförmige Ausfräsung in der dem Winkelstück (1) gegenüberliegenden Seite des Werkzeugkopfes (2), b) eine Reihe zylindrischer Bohrungen am Winkelstück (1), die der kreisringförmigen Ausfräsung gegenüberliegen, in denen sich jeweils c) eine Schraube (15) befindet, deren Schaft als Kolben und deren Hals als Stößel dient und deren Kopf sich in der kreisringförmigen Ausfräsung befindet und d) Mittel zur Betätigung der Schrauben (15).