DE2635749C2 - Revolverkopf-Werkzeugmaschine - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Werkzeugmaschine der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art.

Die DE-AS 10 95 084 beschreibt eine Werkzeugmaschine mit einem Revolverkopf und einem hydraulischen Vorschubkolbenantrieb. Mit dieser Werkzeugmaschine kann das gewünschte hohe Drehmoment bei niedrigen Geschwindigkeiten ebenso wenig erreicht werden, wie ein geringes Gewicht und niedrige Herstellungskosten. Die US-PS 22 96 892 betrifft ein Planetengetriebe, bei dem die elliptisch ausgeführten Ritzel ständig miteinander in Eingriff stehen. Die US-PS 25 01 177 betrifft einen Bohrständer, bei dem der Z-Antrieb über eine Zahnstange und ein handbetätigbares Ritzel erfolgt. Der Z-Antrieb erfolgt über ein Ritzel und eine Zahnstange, wobei die Zahnstange am Spindelträger befestigt ist.

Die US-PS'en 31 87 862 und 30 91 979 beinhalten jeweils harmonische Antriebe bzw. harmonische Getriebe, jedoch nicht in Verbindung mit einer Werkzeugmaschine und der sich dabei stellenden Problematik. Das harmonische Getriebe der US-PS 31 87 862 wird im Zusammenhang mit einer Kupplung verwendet, wobei zur Verminderung des Drehmoments eine Geschwindigkeitserhöhung erzielt werden soll. Beim Gegenstand der US-PS 30 91 979 wird eine harmonische Antriebseinrichtung im Zusammenhang mit einem Wellengenerator beschrieben.

Ein harmonisches Getriebe ist für sich aus den US-PS'en 31 87 862 und 30 91 979 bekannt, jedoch nicht, daß sich ein derartiges Getriebe für den Vorschub eines Spindelträgers parallel zur Spindelachse einer Werkzeugmaschine eignet.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen Z-Achsen-Antrieb unterschiedlicher Geschwindigkeit für eine Werkzeugmaschine zu schaffen, mittels dem bei niedriger Geschwindigkeit und weichem Antrieb ein extrem hohes Drehmoment erzeugt werden kann, wobei die Größe, das Gewicht und die Kosten dieses Antriebs niedrig gehalten werden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgernäß durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils des Patentanspruchs 1 in Verbindung mit den Merkmalen des Oberbegriffs gelöst

Die erfindungsgemäße Lösung bildet eine kompakte Einheit, die sowohl elektrisch als auch mechanisch im Vergleich zu den bekannten Systemen einen guten Wirkungsgrad aufweist Die relativ kleinen Abmessungen und das niedrige Gewicht der Baugruppe tragen zur Herabsetzung der Größe und des Gewichtes des Spindelträgers auf ein Minimum bei und erleichtern die Ein-Stellungen des Spindelträgers in senkrechter Richtung. Für den Z-Achsenvorschub sind eine Vielzahl von verschiedenen Geschwindigkeiten verfügbar, je nach Einstellung der betreffenden Steuereinrichtung. Ein extrem hohes Drehmoment wird durch die harmonische Anis triebseinheit für jede gewählte Geschwindigkeit angelegt, und zwar aufgrund des Drehmomentverstärkungseffektes der harmonirchen Antriebseinheit Der harmonische Antrieb wird vorzugsweise so gewählt, daß er die Geschwindigkeit des Motors im Verhältnis 80 :1 untersetzt, was eine Drehmomentvergrößerung im Verhältnis 80:1 ergibt

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung ergibt sich aus dem Unteranspruch.
Die Erfindung wird in der nachfolgenden Beschreibun3 von Ausführungsbeispielen anhand der Figuren näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine Perspektivische Ansicht der Vorderseite einer Rcvolverkopf-Werkzeugmaschine gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung,

F i g. 2 eine perspektivische Ansicht der Rückseite eines Teiles der in F i g. 1 dargestellten Werkzeugmaschine,

Fig.3 eine teilweise im Schnitt gezeigte Seitenansicht der in F i g. 2 gezeigten Antriebsgruppe für die Z-Achse,

Fig.4 eine Querschnittsansicht nach Ebene IV-IV in F i g. 3 und

F i g. 5 ein Schaltschema, teilweise in Blockform, der Motorsteuerschaltung für den Z-Achsenantrieb.

Die in F i g. 1 gezeigte Revolverkopf-Werkzeugmaschine ist mit einem Paar senkrechter Säulen 12 und 14 versehen, die von einer Grundplatte 15 getragen werden. Ein Schlitten 16 ist senkrecht einstellbar auf den Säulen 12 und 14 gelagert. Ein Revolverkopf 18 ist senkrecht verschiebbar bezüglich des Schlittens 16 gelagert und trägt eine Mehrzahl von Spindeln, die unter gleichem Abstand am Umfang des Revolverkopfes 18 angeordnet sind. Jede Spindel ist mit einem Spannfutter 19 und einem individuellen Werkzeug 20 versehen.

Die am Unterteil des Revolverkopfes 18 befindliche Spindel ist in ihrer Arbeitsstellung, und ihr Werkzeug 20 wirkt mit dem Werkstück zusammen, das auf einem Tisch 22 unterhalb des gerade arbeitenden Werkzeugs liegt. Für Bohrvorgänge wird der Revolverkopf 18 nach unten getrieben (iängs der Z-Achse) und bringt das Werkzeug 20 in Eingriff mit dem Werkstück, und der Z-Antrieb läuft weiter, bis die gewünschte Tiefe erreicht ist, woraufhin der Revolverkopf 18 längs seiner Z-Achse angehoben wird und das Werkzeug 20 vom Werkstück wegbewegt wird. Danach kann der Tisch 22 versetzt werden (mittels einer nichtdargestellten Einrichtung), um einen anderen Teil des Werkstückes unter dem Werkzeug in Stellung zu bringen, und dasselbe oder ein anderes Werkzeug kann benutzt werden, um den gewünschten Bearbeitungsvorgang auszuführen. Wenn ein Werkzeugwechsel stattfinden soll, so wird der Revolverkopf 18 weitergedreht, um ein neues Werkzeug in seine Arbeitsstellung zu bringen.

Ein Steuerkasten 24 ist auf dem Schlitten 16 montiert, und die Frontplatte des Steuerkastens besitzt sechs darauf angeordnete Steuereinrichtungen. Die Steuereinrichtungen 26 sind vorgesehen für die individuelle Wahl der gewünschten Geschwindigkeit des nach unten gerichteten Antriebs in der Z-Achse für die sechs Einstellungen des Revolverkopfes 18. Für jede Einstellung ist eine getrennte Steuerung 26 vorgesehen, so daß der Vorschub jedes Werkzeugs 20 in der Z-Achse unabhängig von den anderen gesteuert werden kann. -

Wie in F i g. 2 gezeigt ist, besitzt der Schlitten 16 einen Rahmen mit einem sich nach vorne erstreckenden Rahmenelement 30. Ein sich seitlich erstreckender Ansatz 32 ist mit dem Rahmenelement 30 mittels Schrauben 31 verbunden, und der Steuerkasten 24 ist auf der Stirnsei- is te des Ansatzes 32 befestigt Ein Gleichstrommotor 28 ist mit der Rückseite des Ansatzes 32 verbunden, mit horizontaler Ausrichtung seiner Welle, und eine harmonische Antriebseinheit 34 ist mit dem Rzhmen 30 über Schrauben 33 verbanden. Der Motor 28 ist ferner durch Schrauben mit der harmonischen Antriebseinheit 34 verbunden, so daß der Mo:or 28 und die harmonische Antriebseinheit 34 eine einzelne starre Gruppe bilden, die von dem Rahmenelement 30 getragen wird. Das Rahmenelement 30 besitzt eine nach der Rotationsachse der harmonischen Antriebseinheit 34 ausgerichtete öffnung, und die Ausgangswelle der harmonischen Antriebseinheit 34 erstreckt sich durch die öffnung hindurch und treibt ein (in F i g. 2 nicht gezeigtes) Ritzel 50 an. Das Ritzel 50 wirkt zusammen mit einer Zahnstange 36, die in F i g. 2 hinter einem weggebrochenen Teii des Rahmeneiements 30 gezeigt ist. Die Zahnstange 36 ist mit einer Baugruppe 38 verbunden, die den Drehkopf enthält. Die Revolverkopf-Baugruppe 38 wird auf einer senkrechten Bewegung bezüglich des Rahmenelements 30 mittels einer senkrecht angeordneten, auf dem Rahrneneiemeni 30 montierten Führung geführt, und das Anheben der Baugruppe 38 wird somit mittels Drehung des Motors 28 eingestellt.

Das Rahmenelement 30 ist mit einer Buchse 40 versehen, die auf der Säule 14 gleiten kann und mit einer aufgespaltenen Buchse 42, die ebenfalls auf der Säule 14 gleiten kann. Ein Bolzen 44, der die getrennten Teile der aufgespaltenen Buchse 42 verbindet, ist so fest gespannt, daß er die Stellung des Schlittens 16 bezüglich der Säule 14 festlegt.

Obwohl dies in F i g. 2 nicht dargestellt ist, umfaßt der Wagen einen zw eiten Rahmen auf der gegenüberliegenden Seite der Maschine, mit Buchsen entsprechend der Buchse 40 und der aufgespaltenen Buchse 42, welche auf der anderen senkrechten Säule 12 verschoben werden können, und mit einer zweiten Führung für die Revolverkopf-Baugruppe 38. Die zwei Rahmen sind miteinander verbunden zur Bildung eines steifen Aufbaus und sind vorzugsweise einstückig miteinander ausgebildet. Die zwei Führungen der Revolverkopf-Baugruppe 38 gewährleisten die Stabilität der Revolverkopf-Baugruppe 38 und schränken die Bewegung derselben bezüglich des Schlittens 16 auf eine ausschließlich senkrechte Richtung ein.

Durch ein Kabel 46 ist der Steuerkasten 24 mit dem Motor 28 verbunden, und ein weiteres Kabel 48 verbindet den Steuerkasten 24 mit einem Verbindungskasten 49. Der Verbindungskasten 49 ist über ein Kabel 50 mit einem Verbindungskasten 51 verbunden und ein weiteres Kabel 52 verbindet den Kasten 51 mit einem weiteren Verbindungskasten 53. Dem Verbindungskasten 53 wird elektrischer Strom zugeführt.

Ein Motor 54 ist auf dem Wagen 16 montiert und treibt eine Riemenscheibe 55 an, welches über einen Riemen 56 mit einer weiteren Riemenscheibe 57 verbunden ist Die Riemenscheibe 57 ist mit der Antriebswelle des Revolverkopf-Einstellmechanismus verbunden, welcher eine Kupplung für eine Umdrehung enthält so daß der Revolverkopf weiter gestellt wird, wenn die Kupplung betätigt wird. Der Motor 54 läuft kontinuierlich und versetzt die Spindel über eine herkömmliche Kraftübertragung in Drehung. Die gerade vorliegende Einstellung wird mittels Signalen identifiziert, die von dem Einstellmechanismus erzeugt werden und über das Kabel 48 dem Steuerkasten 24 zugeführt werden, um die Steuereinrichtung 26 auszuwählen, die der gerade in Arbeitsstellung befindlichen Spindel entspricht.

Oie zwei Säulen 12 und 14 sind an ihren oberen Enden über einen Träger 58 verbunden, und die mit Gewinde versehene Welle 59 einer Gewindestange erstreckt sich nach unten durch eine öffnung ein dem Träger 58 und wird von einer mit Gewinde versehenen Bohrung (nicht dargestellt) in dem Schlitten aufgenommen. Der Schlitten kann bezüglich der Säulen 12 und 14 durch Drehung der Welle 59 angehoben und abgesenkt werden.

Es wird nun auf F i g. 3 Bezug genommen, in der ein Querschnitt der harmonischen Antriebseinheit 34 dargestellt ist, gemeinsam mit einem Teil des Gleichstrommotors 28 tür variable Geschwindigkeit und dem Ritzel 50. Das Rahmenelement 30 besitzt eine öffnung zur Aufnahme der Ausgangswelle 60 der harmonischen Antriebseinheit, und eine Lagergruppe 61 ist in der öffnung montiert und nimmt die Welle 60 auf. Das Ritzel 50 ist mit dem Ende der Welle 60 verbunden.

Das Rahmenelement 30 weist einen schalenförmigen Vorsprung 62 auf, der sich zu der harmonischen Antriebseinheit 34 hin erstreckt, und eine ringförmige Lippe 63 ist am außen gelegenen Rand der Abschlußwandung des Vorsprungs 62 vorgesehen. Die Lippe 63 paßt in eine ringförmige Ausnehmung, die an dem Außenrand des Endstückes eines Gehäuses 65 vorgesehen ist, welches die harmonische Antriebseinheit 34 umgibt. Das Gehäuse 65 ist mit dem Rahmen 30 mittels Schrauben 33 verbunden, und die Lippe 63 und Ausnehmung 64 bewirken eine Ausrichtung der harmonischen Antriebseinheit in der geeigneten Stellung bezüglich des Lagers 61, so daß das Ritzel 50 sich in seiner für den Eingriff mit der Zahnstange 36 geeigneten Stellung befindet.

Die Ausgangswelle 66 des Motors 28 ist mittels eines Keils 68 an einem Schwingungserzeuger 70 des harmonischen Antriebs befestigt. Der Schwingungserzeuger 70 umfaßt ein elliptisch geformtes Element, auf dessen Umfang ein Element mit einer Umfangsrinne zur Lagerung einer Mehrzahl von Kugeln montiert ist. Die Kugeln 74 werden mittels eines Reifs 76 in ihrer Stellung gehalten, welcher das Element 70 umgibt und auf der Innenseite des Antriebsendes eines flexiblen Keilzahnelements 78 gelagert ist. so daß es die Außenseite des flexiblen Keilzahnelements 78 in Eingriff mit einem kreisförmigen Keilzahnelement 80 bringt, das mit Schrauben 82 bezüglich des Gehäuses 65 in seiner Stellung festgeschraubt ist. Das Ende des Gehäuses 65 angrenzend an den Motor 28 endet in einem Flansch 84, an dem der Motor 28 mittels Schrauben 80 festgeschraubt ist.

Das flexible Keilzahnelement 78 besitzt die Form eines schalenförmigen flexiblen Elements, mit seinem angetriebenen Ende an der Lippe der Schale und seinem Antriebsende am Fuß 88 der Schale. Der Fuß 88 ist mittels Schrauben 92 an einem Flansch 90 verschraubt.

der an dem inneren Ende der Welle 60 vorgesehen ist. Eine Lagergruppe 94 ist an der Innenseite des Gehäuses 65 zur Lagerung des Flansches 90 befestigt.

Die Arbeitsweise der harmonischen Antriebseinheit wird am besten durch F i g. 4 verdeutlicht, die eine Querschnittsansicht eines Teiles des in F i g. 3 gezeigten Gerätes wiedergibt. Auf dem kreisförmigen Keilzahnelement 80 ist eine andere Anzahl von Zähnen vorgesehen als auf dem flexiblen Keilzahnelement 78, so daß sich letzteres mit einer herabgesetzten Geschwindigkeit bezüglich der Motorwelle 66 bewegt, in Abhängigkeit von dem Unterschied in der Anzahl der Zähne auf dem flexiblen Keilzahnelement 78 und dem kreisförmigen Keilzahnelement 80. Zusätzlich zur Untersetzung der Drehgeschwindigkeit der Welle 60 bezüglich der Welle 66 ergibt sich eine entsprechende Vergrößerung des an der Welle 60 anliegenden Drehmoments bezüglich demjenigen an der Welle 66. Der Elektromotor 28 rotiert also mit relativ hoher Geschwindigkeit, was zur Geschmeidigkeit des Antriebs und zum elektrischen Wirkungsgrad des Motors beiträgt, während das Ritzel 50 sich mit einer relativ niedrigen Geschwindigkeit und stark vergrößertem Drehmoment dreht, so daß unabhängig von der Belastung durch das Werkstück die gewünschte Vorschubgeschwindigkeit längs der Z-Achse erreicht werden kann.

Das Innere der Kammer, die von dem Rahmenelement 30 und dem Gehäuse G5 festgelegt wird, und auch das Innere der Kammer, die von dem flexiblen Keilzahnelement 78 begrenzt wird, sind zum Teil mit öl angefüllt, um die Schmierung für die Lager 61 und 94 und für das flexible Keilzahnelement 78 und seinen Schwingungserzeuger 70 zu gewährleisten.

Für den Elektrometer 28 wird eine Geschwindigkeitssteuerung mit gesteuertem Gleichrichter bzw. Thyristor oder mit Triac in herkömmlicher Weise verwendet, um eine variable Gleichspannung aus einer Wechselstromversorgungsspannung abzuleiten, damit die Geschwindigkeit des Motors 28 geändert werden kann. Der relative Winkel der Leitung der Thyristoren wird in jedem Zyklus der Wechselspannung mittels eines Potentiometers gesteuert, das durch Drehung einer der Steuereinrichtungen 26 (Fig. 1) eingestellt wird. Nur eines der sechs am Steuerkasten 25 befestigten Potentiometer wird jeweils ausgewählt, um das Maß der Leitung der Thyristoren zu steuern, und das ausgewählte Potentiometer entspricht dem Werkzeug, welches sich in Arbeitsstellung befindet.

Es wird nun auf F i g. 5 Bezug genommen, in der ein schematisches Schaltbild der Steuerschaltung für den Z-Achsenvorschub gezeigt ist. Der Gleichstrommotor 2« wird über eine Steuereinheit 100 mit Silizium-gesteuertem Gleichrichter gesteuert, welche mit einer elektrischen Stromquelle 101 und einer Programmsteuereinheit 104 verbunden ist. Die Programmsteuereinheit enthält eine numerische Steuervorrichtung, so daß die Arbeitsweise des Motors 28 nach einem vorbestimmten Programm gesteuert wird, wie dies in der Technik üblich ist.

Die Motorsteuereinheit 100 mit Silizium-gesteuertem Gleichrichter ist mit zwei Anschlüssen 102 und 103 verbunden, und der Widerstand zwischen den Anschlüssen 102 und 103 bestimmt die Arbeitsgeschwindigkeit des Gleichstrommotors 28 zu jedem gegebenen Zeitpunkt Die sechs Potentiometer 26a—26£ die über die Steuereinrichtungen 26 einstellbar sind, sind in dem Kreis zwischen den Anschlüssen 102 und 103 enthalten. Jedes ist einem entsprechenden nockenbetätigten Schalter 106a— 106/zugeordnet, und einer der nockenbetätigten Schalter befindet sich in seiner geschlossenen Stellung, in Abhängigkeit von der Stellung des Revolverkopfs 18. Die mechanischen Anordnungen derartiger nockenbetätigter Schalter sind wohlbekannt und werden daher hier nicht weiter beschrieben.

Ein Endanschluß jedes der Potentiometer 26a—26/ist an eine gemeinsame Leitung 108 angeschlossen, und die Leitung 108 ist mit dem Anschluß 102 über einen veränderlichen Widerstand 110 und einen normalerweise geschlossenen Kontakt 109 eines Relais ZFHR verbunden. Dieser Kontakt wird von dem (nichtdargestellten) Relais ZFHR innerhalb der Programmsteuereinheit 104 betätigt. Der Kontakt 109 ist stets geschlossen, wenn der Z-Achsenvorschub eingeschaltet ist.

Die Abgriffe der Potentiometer 26a—26/sind einzeln über die Schalter 106a—106/" mit einer gemeinsamen Leitung 112 verbunden. Das andere Ende jedes der Potentiometers 26a—26/ist gemeinsam mit einer Leitung 114 verbunden.

Eine Leitung 116 ist mit der Verbindung des veränderlichen Widerstands 110 und dem Kontakt 109 verbunden, und ein Widerstandsnetzwerk ist zwischen die Leitungen 116 und 114 geschaltet. Das Netzwerk enthält einen ersten Serienkreis mit Widerständen 118 und 120, einen zweiten Serienkreis mit Widerständen 122 und 124 und ein Potentiometer 126, das parallel zu den beiden Serienschaltungen geschaltet ist. Der Abgriff des Potentiometers 126 ist über einen normalerweise offenen Kontakt 128 eines Relais ZFHR mit dem Anschluß 103 verbunden.

Der Anschluß 103 ist ferner über einen normalerweise geschlossenen Kontakt 130 des Relais TVR und einen normalerweise offenen Kontakt 132 eines Relais HUR mit der Verbindung der Widerstände 122 und 124 verbunden. Die Verbindungsstelle der Kontakte 130 und 132 ist über einen normalerweise geschlossenen Kontakt 134 des Relais HUR und einen Schalter CRP 136 mit der Leitung 112 direkt verbunden (bei der in der Zeichnung gezeigten Stellung des Schalters CRP 136), mit der Leitung 112 über einen normalerweise offenen Kontakt 138 eines Relais URX und mit dem Verbindungspunkt der Widerstände 118 und 120 über einen normalerweise geschlossenen Kontakt des Relais URX, wenn der Schalter CAP sich in seiner anderen Stellung befindet.

Die Stellungen der verschiedenen Relaiskontakte und der in F i g. 5 gezeigte Schalter CWsind die Elemente, die eine Steuerung der Geschwindigkeit des Gleichstrommoiors 28 durch Einstellung der veränderlichen Widerstände 26a—26/ ermöglichen. Die Relais URX und CPR_: HUR und TVR werden durch die Arbeitsweise der Programmsteuereinheit 104 derart gesteuert, daß die Steuerung aufgrund der Potentiometer 26a—26/ überfahren wird, wenn eine andere feste Geschwindigkeit erwünscht ist. Derartige verschiedene Geschwindigkeiten sind erwünscht, venn die Maschine in Transversal-Betriebsweise läuft (wenn das Relais TVR erregt ist) oder sich in anderen Zuständen befindet, wenn die Relais HUR (Kopf-Hoch-Relais) und URX (Hoch-Relais) erregt sind und wenn der Schalter C7?P(Kriechbewegungsschalter) in seine andere Stellung gebracht wird. Die Werte der Widerstände und Potentiometer 118 bis 126 sind so gewählt, daß sie die richtigen Geschwindigkeiten ergeben, wenn die verschiedenen Relais erregt werden, je nach dem gewünschten Arbeitsgang. Wenn die Steuerung des Z-Achsen-Vorschubs wirksam ist, so befinden sich die Relaiskontakte jedoch

in der gezeigten Stellung, und die Geschwindigkeit des Motors wird unabhängig durch eines der Potentiometer 26a—26/gesteuert.

Bei dem in Fig. 5 wiedergegebenen Zustand ist der Schalter 106egeschlossen, so daß der Motor 28 entsprechend der Einstellung des Potentiometers 26e gesteuert wird. Der veränderliche Widerstand 110 ist ein Trimmwiderstand, der so eingestellt werden kann, daß der Widerstand zwischen den Anschlüssen 102 und 103 erhöht oder erniedrigt werden kann, gleich welcher der Schalter 106a bis 106/geschlossen ist.

Bei einer Ausführungsform besitzen die Widerstände, veränderlichen Widerstände und Potentiometer nach F i g. 5 die folgenden Werte:

15

20

26a-26/	Hierzu 3	cn ι.ο JKt Mt
110	20 kn
118	3OkQ
120	470 kn
122	27 kn
124	1,2 kfi
126	20 kn
Blatt Zeichnungen

30

35

40

45

50

55

60

65

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Revolverkopf-Werkzeugmaschine mit einem Spindelträger zur Aufnahme mindestens einer Arbeitsspindel, Führungen zur Bewegung des Spindelträgers parallel zur Spindelachse, einer am Spindelträger befestigten Zahnstange, einem mit der Zahnstange kämmenden Ritzel und einem mit veränderlicher Geschwindigkeit betreibbaren Elektromotor, dadurch gekennzeichnet, daß eine die Geschwindigkeit des Elektromotors (28) herabsetzende harmonische Antriebseinheit (34) in festem Verhältnis zur Führung (!4) angeordnet ist und das Ritzel (50) zur Bewegung des Spindelträgers mit den unterschiedlichen Geschwindigkeiten des Elektromotors (28) antreibt.

2. Revolverkopf-Werkzeugmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Spindelträger als Revolverkopf (18) mit einer Vielzahl von gleichmäßig über den Umfang verteilten Spindeln (19) ausgebildet ist.