-
Die
Erfindung betrifft einen Werkzeugkopf für den Einsatz in Werkzeugmaschinen
der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Gattung (DE-A-3526712).
-
Es
ist ein Werkzeugkopf ähnlicher
Art bekannt (DE-A-4330822), bei welchem der Verstellmotor mit seinem
im wesentlichen zylindrischen Motorgehäuse in einer quer zur Grundkörperachse
ausgerichteten, die Grundkörperachse
schneidenden Querausnehmung des Grundkörpers mit parallel zur Querausnehmung
ausgerichteter Abtriebswelle angeordnet ist. Für den Antrieb des Arbeitsschiebers sind
Getriebemittel vorgesehen, die ein auf der Abtriebswelle des Motors
angeordnetes Zahnrad, ein mit dem Zahnrad kämmendes Antriebsritzel und
eine starr mit diesem verbundene Gewindespindel aufweisen. Auf der
Gewindespindel ist ein Gleitstein mit einer Schrägverzahnung geführt, die
mit einer komplementären
Schrägverzahnung
eines am Schieber angeordneten Gegenstücks kämmt. Die Getriebemittel sind
dort außermittig
im Grundkörper
angeordnet. Auf der Seite des Werkzeugschaftes ist ein ringförmiges Spulengehäuse angeordnet,
in welchem sich eine Sekundärspule
mit zugehöriger
Stabilisierungselektronik befindet, die Bestandteil einer induktiven Übertragungsstrecke
einer Stromversorgungseinrichtung für den Verstellmotor und die
im Werkzeugkopf enthaltenen Elektronikschaltungen ist. Grundsätzlich ist
es möglich,
die Induktionsstrecke auch zur bidirektionalen Datenübertragung
zu verwenden, wobei die Datensignale dem Induktionsstrom aufmoduliert
werden. Die Primärspule
der induktiven Übertragungsstrecke
befindet sich in einem maschinenseitigen Spulengehäuse, das
radial außerhalb
des Werkzeugschafts in den freien Zwischenraum zwischen der Stirnfläche der
Maschinenspindel und der Stirnfläche
des werkzeugkopfseitigen Spulengehäuses eingreift. Die fliehkraftfreie
Anordnung des Verstellmotors und des Getriebes im Werkzeug kopf ist
bisher noch nicht befriedigend gelöst. Auch die Baugröße und die
Montage- und Wartungsfreundlichkeit des bekannten Werkzeugkopfes
lassen zu wünschen übrig.
-
Weiter
ist es bei einem Plan- und Ausdrehkopf der eingangs angegebenen
Art an sich bekannt (DE-A-3526712), dass die Getriebemittel eine
konzentrisch zur Grundkörperachse
drehbare Ausgangswelle aufweisen, die ein mit einer arbeitsschieberseitigen
Verzahnung kämmendes
Antriebsritzel trägt.
Der Arbeitsschieber ist dort quer zur Grundkörperachse in einer Linearführung geführt. Um
die internen Fliehkräfte
auszugleichen, ist dort zusätzlich ein
Ausgleichsschieber vorgesehen, der in entgegengesetzter Richtung
zum Arbeitsschieber im Grundkörper
verschiebbar ist.
-
Ausgehend
hiervon liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Werkzeugkopf
der eingangs angegebenen Art zu entwickeln, dessen Arbeitsschieber
ohne Massenverlagerung verstellbar ist und daher keinen Ausgleichsschieber
erfordert.
-
Zur
Lösung
dieser Aufgabe wird die im Patentanspruch 1 angegebene Merkmalskombination vorgeschlagen.
Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben
sich aus den abhängigen
Ansprüchen.
-
Die
erfindungsgemäße Lösung besteht
im Wesentlichen darin, dass der Arbeitsschieber als um eine zur
Grundkörperachse
parallele Achse drehbarer Rundschieber ausgebildet ist, dass die
Werkzeugaufnahme exzentrisch auf dem Rundschieber angeordnet ist
und dass die Verzahnung durch ein mit dem Antriebsritzel kämmendes
Zahnrad gebildet ist. Da sich bei der Drehung des Rundschiebers
keine Massenverlagerung ergibt, kann auf einen Ausgleichsschieber
verzichtet werden.
-
Eine
bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass der Verstellmotor
eine mit der getriebeseitigen Ausgangswelle fluchtende Abtriebswelle
aufweist und dass die Getriebemittel als Untersetzungsgetriebe mit
zueinander fluchtenden Ein- und Ausgangsachsen ausgebildet sind.
Besonders einfach lässt
sich dies verwirklichen, wenn das Untersetzungsgetriebe als Harmonic-Drive-Getriebe
ausgebildet ist. Um dazuhin eine besonders kompakte Bauweise zu
erzielen, wird gemäß einer
weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung vorgeschlagen,
dass der Verstellmotor und die Getriebemittel zumindest teilweise
radial und axial ineinandergeschachtelt angeordnet sind. Dies kann
entweder dadurch erfolgen, dass der Verstellmotor oder dessen Antriebswelle
einen zentralen Durchbruch zur Aufnahme der Getriebemittel aufweist
oder dass die Getriebemittel einen zentralen Durchbruch zur Aufnahme
des Verstellmotors aufweisen.
-
Um
eine hohe Montage- und Wartungsfreundlichkeit zu erzielen, wird
gemäß einer
bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung vorgeschlagen, dass der
Grundkörper
in eine Schieberbaugruppe zur Aufnahme des Arbeitsschiebers und
gegebenenfalls des Ausgleichsschiebers, eine Antriebsbaugruppe zur
Aufnahme des Verstellmotors und der Getriebemittel und eine den
Werkzeugschaft aufweisende Anschlussbaugruppe unterteilt ist, die
an axialen Trennstellen lösbar
miteinander verbunden sind. Die Schieberbaugruppe enthält dabei
zweckmäßig eine Messeinrichtung
zur direkten Messung des Verstellwegs des Antriebsschiebers relativ
zum Grundkörper.
Weiter ist in der Schieberbaugruppe und/oder der Antriebsbaugruppe
eine mit der Messeinrichtung verbundene Mess- und Regelelektronik
zur Ansteuerung des Verstellmotors angeordnet. In der Anschlussbaugruppe
befindet sich eine Schnittstelle für eine induktive Stromversorgung
oder Datenübertragung,
während
zusätzlich
im Grundkörper,
vorzugsweise im Bereich der Schieberbaugruppe eine Schnittstelle
für eine
galvanische Stromversorgung und Datenübertragung angeordnet sein
kann.
-
Eine
weitere bevorzugte Ausgestaltung zur Lösung der Erfindungsaufgabe
sieht vor, dass der Verstellmotor mit seinem rotationssymmetrischen Motorgehäuse in einer
zur Grundkörperachse
konzentrischen Ausnehmung des Grundkörpers angeordnet ist, die einen
durch das Motorgehäuse
begrenzten, flüssigkeitsdichten,
mit einem Kühlmittelstrom
beaufschlagbaren Spaltraum für
die Motorkühlung
enthalten kann. Der den Spaltraum enthaltenden Teil der Ausnehmung
ist zweckmäßig in der
Anschlussbaugruppe angeordnet. Da auch im Bereich der Stromversorgungs-
und Datenübertragungsschnittstelle
thermische Energie abgeführt
werden muss, ist es von Vorteil, wenn die Stromversorgungs- und
Datenübertragungsschnittstelle
in einem außenseitig
breitflächig
mit einem Kühlmittelstrom
beaufschlagbaren Gehäuseteil
der Anschlussbaugruppe angeordnet ist.
-
Zur
Versorgung der Werkzeugaufnahme mit einem Kühlschmiermittel kann der Arbeitsschieber mit
einer mit der Werkzeugaufnahme kommunizierenden, parallel zur Verstellrichtung
des Arbeitsschiebers ausgerichteten Radialbohrung für den Anschluss
an eine grundkörperfeste
Kühlschmiermittelleitung
versehen werden. Die grundkörperfeste
Kühlschmiermittelleitung
weist zu diesem Zweck ein in die Radialbohrung gleitend und flüssigkeitsdicht
eingreifendes Steckrohr auf.
-
Um
die Schieberbaugruppe gegen Schmutz- und Kühlschmiermittelzutritt abzudichten,
weist sie ein über
ein Deckelteil mit dem Grundkörper
dreh- und verschiebefest
verspanntes Mantelrohr auf.
-
Der
erfindungsgemäße Werkzeugkopf
wird mit Vorteil als Plandrehkopf oder Ausdrehkopf eingesetzt.
-
Im
Folgenden wird die Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Es
zeigen
-
1 eine Seitenansicht eines
als Plandrehkopf ausgebildeten Werkzeugkopfs;
-
2 eine Draufsicht auf den
Werkzeugkopf nach 1;
-
3 einen Schnitt entlang
der Schnittlinie III-III der 2;
-
4 einen Schnitt entlang
der Schnittlinie IV-IV der 2;
-
5 einen Schnitt entlang
der Schnittlinie V-V der 4;
-
6 eine Draufsicht auf die
Antriebsbaugruppe des Werkzeugkopfs bei abgenommener Schieberbaugruppe;
-
7 eine Draufsicht auf ein
gegenüber 1 bis 6 abgewandeltes Ausführungsbeispiel eines Plandrehkopfs
mit als Rundschieber ausgebildetem Arbeitsschieber.
-
Die
in der Zeichnung dargestellten Werkzeugköpfe sind als Plandrehköpfe für den Einsatz
in Werkzeugmaschinen bestimmt. Gegenstand der vorliegenden Erfindung
ist der in 7 dargestellte Plandrehkopf,
dessen Arbeitsschieber 16 als exzentrisch auf dem Werkzeugkopf
angeordneter Rundschieber ausgebildet ist, der über ein Antriebsritzel 74 und
ein mit dem Arbeitsschieber starr verbundenes Zahnrad 68' unter im Wesentlichen
radialer Verstellung der Werkzeugaufnahme 14 drehbar ist. Durch
die Drehung des Rundschiebers 16 ergibt sich keine Massenverlagerung,
so dass hier kein Ausgleichsschieber erforderlich ist. Der Verstellmotor 24 kommt
in diesem Fall mit einer geringen Antriebsleistung aus.
-
Der
Antriebsmechanismus des in 7 gezeigten
Plandrehkopfs stimmt im Wesentlichen überein mit dem in den 1 bis 6 gezeigten Plandrehkopfs, dessen Arbeitsschieber 16 in
einer Linearführung
geführt
ist und der für
den Wuchtausgleich zusätzlich
einen Ausgleichsschieber 18 umfasst. Die Funktion des linear
geführten
Arbeitsschiebers und des Ausgleichsschiebers ist für die vorliegende
Erfindung zwar nicht von Bedeutung. Gleichwohl wird im Folgenden
der Gesamtaufbau des in 1 bis 6 gezeigten Ausführungsbeispiels
näher erläutert.
-
Der
Werkzeugkopf besteht im wesentlichen aus einem um eine Drehachse 12 drehbaren
Grundkörper 10,
einem im Grundkörper 10 quer
zur Drehachse 12 verschiebbaren, eine Werkzeugaufnahme 14 für ein Schneidwerkzeug
tragenden Arbeitsschieber 16, einem in entgegengesetzter
Richtung des Arbeitsschiebers 16 im Grundkörper 10 verschiebbaren Ausgleichsschieber 18 (nur 1 bis 6), einer Messeinrichtung 20 zur
direkten Verstellwegmessung des Arbeitsschiebers 16 relativ
zum Grundkörper 10,
einem unter Zwischenschaltung eines Untersetzungsgetriebes 22 auf
den Arbeitsschieber 16 und den Ausgleichsschieber 18 einwirkenden
elektrischen Verstellmotor 24, einer Stromversorgungseinrichtung 26 und
einem axial über
den Grundkörper 10 überstehenden
Werkzeugschaft 28, der mit einer nicht dargestellten Maschinenspindel
einer Werkzeugmaschine kuppelbar ist.
-
Der
Werkzeugkopf ist aus drei an axialen Trennstellen 30,32 lösbar miteinander
verbindbaren Baugruppen zusammengesetzt, einer den Arbeitsschieber 16 und
den Ausgleichsschieber 18 aufnehmenden Schieberbaugruppe 34,
einer den Verstellmotor 24 und das Untersetzungsgetriebe 22 enthaltenden
Antriebsbaugruppe 36 und einer den Werkzeugschaft 28 und
die Stromversorgungseinrichtung 26 enthaltenden Anschlussbaugruppe 38.
Die Schieberbaugruppe 34 wird an ihrem Umfang von einem Mantelrohr 40 aus
Metall oder Kunststoff umfasst und stirnseitig durch ein Deckelteil 42 verschlossen.
Die Verbindung der Schieberbaugruppe 34 und der Antriebsbaugruppe 36 erfolgt
mit Hilfe der achsparallelen Schrauben 44, die durch das
Deckelteil 42 und nicht dargestellte Durchgangsöffnungen
der Schieberbaugruppe 34 hindurch in Gewindebohrungen 46 der
Antriebsbaugruppe 36 eingedreht gedreht sind. Die Anschlussbaugruppe 38 ist
von der anderen Stirnseite her mittels Schrauben 48 an
der Antriebsbaugruppe 36 angeschraubt.
-
Der
mit der Werkzeugaufnahme 14 durch ein Langloch 50 des
Deckelteils 42 hindurchgreifende Arbeitsschieber 16 ist
in einer grundkörperfesten prismenförmigen Wälzführung 52 in
Verschieberichtung geführt.
Die Wälzführung ist
dabei mittels nicht dargestellter, gegen die grundkörperfesten
Führungsprismen 54 andrückender
Klemmkeile spielfrei gestellt. Da die Wälzführung 52 bei hohen
Schneidkräften über die
Werkzeugaufnahme 14 einer Momentenbelastung ausgesetzt
ist, die zu einer Biegeverformung führen kann, ist zusätzlich eine
bei Erreichen der elastischen Verformungsgrenze wirksam werdende
Gleitführung 56 für den Arbeitsschieber 16 vorgesehen.
Im unbelasteten Zustand bildet sich vor der Gleitführung 56 ein
Freiraum 58 aus, in den hinein sich das arbeitsschieberfeste
Führungsprisma 52 im
Belastungszustand bis zur Anlage gegen das Gleitlager 56 elastisch
verbiegen kann. Dies sorgt dafür,
dass bei schwerer Zerspanung das Werkzeug über die Gleitführung 56 gedämpft und
dadurch ein Rattern oder Vibrieren vermieden wird. Der Arbeitsschieber
ist auf seiner einen Breitseite mit Hohlräumen 17 versehen.
Aus 3 ist zu ersehen,
dass der in größtem Abstand
von der Werkzeugaufnahme 14 in Verschieberichtung angeordnete
Hohlraum mit einem Schwermetall 19 ausgefüllt.
-
Der
vorzugsweise aus einem Schwermetall bestehende Ausgleichsschieber 18 ist
ebenfalls in einer grundkörperfesten
Wälzführung 60,
die nicht spielfrei gestellt sein muss, geführt. Auf seiner einen Breitseite
ist der Ausgleichsschieber 18 mit einem abnehmbaren oder
austauschbaren plattenförmigen Massenelement 21 bestückt, das
für den
Wuchtausgleich in seiner Masse durch Materialabtrag veränderbar
ist.
-
Der
Arbeitsschieber 16 und der Ausgleichsschieber 18 sind
in axialem Abstand voneinander angeordnet. Wie insbesondere aus 4 zu ersehen ist, weisen
sie ein im wesentlichen L-förmiges
Profil auf, wobei an den jeweils kurzen, in den Freiraum 66 eingreifenden
Schenkeln 67,69 Zahnplatten 68,70 angeordnet
sind, die mit einem auf der zur Drehachse 12 koaxialen
Ausgangswelle 72 des Untersetzungsgetriebes 22 angeordneten
Antriebsritzel 74 kämmen.
Auf diese Weise werden der Arbeitsschieber 16 und der Ausgleichsschieber 18 bei
drehendem Antriebsritzel 74 gegensinnig verschoben.
-
Die
Ausgangswelle 72 ist in einer axial über die Antriebsbaugruppe 36 überstehenden
Lagerhülse 76 mittels
zweier Kugellager 77 gelagert. Sie greift zusammen mit
der Lagerhülse
durch eine Öffnung 78 in
der Schieberbaugruppe 34 und durch ein Langloch 80 im
Ausgleichsschieber 18 von der Seite der Antriebsbaugruppe 36 her
ein.
-
Bei
dem Untersetzungsgetriebe 22 handelt es sich um ein Harmonic-Drive-Getriebe, dessen ovale
Antriebsscheibe 82 mit der zur Drehachse 12 koaxialen
Abtriebswelle 84 des Verstellmotors 24 gekuppelt
ist, dessen innenverzahnter Ring 86 mit Hilfe der Schrauben 88 mit
dem Grundkörper 10 im
Bereich der Antriebsbaugruppe 36 drehfest verbunden ist
und dessen flexible außenverzahnte
Hülse 90 über das
Kupplungsstück 92 mit
der Ausgangswelle 72 gekuppelt ist.
-
Der
in 3 und 4 vereinfacht dargestellte, mit einem
Drehgeber 94 bestückte
Verstellmotor 24 steht mit seinem Motorgehäuse 95 über die
Antriebsbaugruppe 36 axial über und greift dort in eine
zur Drehachse 12 konzentrische topfartige Ausnehmung 96 der
Anschlussbaugruppe 38 unter Freilassung eines Spaltraums 98 ein.
Der Spaltraum 98 kommuniziert mit den Kanälen 100,102 der
Anschlussbaugruppe 38 und ist über diese von der Werkzeugmaschine
her mit einem Kühlmittel
beaufschlagbar. Auf diese Weise kann die beim Betrieb des Verstellmotors
anfallende Abwärme
abgeführt
werden.
-
Die
Stromversorgungseinrichtung 26 weist ein an der Anschlussbaugruppe 38 angeordnetes Spulengehäuse 104 auf,
in dem sich eine in einer mechanisch belastbaren Gussmasse aus Kunststoff oder
Kunstharz eingebettete Sekundärspule
mit zugehöriger
Stabilisierungselektronik befindet.
-
Die
Sekundärspule
ist Bestandteil einer induktiven Übertragungsstrecke der Stromversorgungseinrichtung 26,
die für
die Stromversorgung des Verstellmotors 24 und der im Werkzeugkopf
enthaltenen Elektronikschaltungen 106 sorgt. Weiter dient
die Induktionsstrecke zur bidirektionalen Datenübertragung, wobei die Datensignale
dem Induktionsstrom aufmoduliert werden. Die nicht dargestellte Primärspule der
Stromversorgungseinrichtung 26 ist in einem maschinenseitigen
Spulengehäuse
angeordnet, das radial außerhalb
des Werkzeugschaftes 28 in einen freien Zwischenraum zwischen
der Stirnfläche
einer Maschinenspindel und der Stirnfläche des werkzeugkopfseitigen
Spulengehäuses 104 eingreift.
Auf der Außenseite
des Spulengehäuses 104 befindet
sich ein Spaltraum 108, der über Kanäle 109 mit dem motorseitigen
Spaltraum 98 kommuniziert und dadurch mit Kühlmittel
beaufschlagbar ist. Auf diese Weise kann die in der Sekundärspule der Stromversorgungseinrichtung 26 entstehende
Abwärme
nach außen
abgeführt
werden.
-
Ein
Teil des über
die Kanäle 100,102 zugeführten Kühlschmiermittels
wird innerhalb des Grundkörpers 10 der
Werkzeugaufnahme 14 und über diese dem nicht dargestellten
Schneidenträger
zugeführt.
Zu diesem Zweck weist der Arbeitsschieber 16 eine parallel
zu seiner Verschieberichtung ausgerichtete, bis zur Werkzeugaufnahme 14 reichende
Radialbohrung 110 auf, in die ein mit den grundkörperseitigen
Kühlmittelkanälen 112 kommunizierendes Steckrohr 114 gleitend
und flüssigkeitsdicht
eingreift.
-
Im
Bereich der Schieberbaugruppe befindet sich zusätzlich eine Schnittstelle mit
einer Steckerbuchse 116 für die galvanische Stromversorgung
und Datenübertragung.
-
Das
in 7 in einer Draufsicht
dargestellte Ausführungsbeispiel
des erfindungsgemäßen Plandrehkopfs
unterscheidet sich von dem Ausführungsbeispiel
nach 1 bis 6 lediglich dadurch, dass
der Arbeitsschieber 16 als exzentrisch auf dem Werkzeugkopf
angeordneter Rundschieber ausgebildet ist. Die Baugruppen bis zum
Antriebsritzel stimmen mit dem Ausführungsbeispiel nach 1 bis 6 überein.
-
Zusammenfassend
ist folgendes festzuhalten: Die Erfindung bezieht sich auf einen
Werkzeugkopf für
den Einsatz in Werkzeugmaschinen. Der Werkzeugkopf weist einen Grundkörper 10,
einen axial über
den Grundkörper überstehenden,
mit einer Maschinenspindel verbindbaren Werkzeugschaft 28, mindestens
einen quer zur Grundkörperachse 12 verstellbaren,
eine stirnseitig überstehende
Werkzeugaufnahme 14 aufweisenden Arbeitsschieber und einen
im Grundkörper
angeordneten, über
Getriebemittel in Verstellrichtung auf den den Arbeitsschieber 16 einwirkenden
Verstellmotor 24 auf. Eine kompakte, montagefreundliche
und betriebssichere Bauweise zu erzielen, weisen die Getriebemittel
eine konzentrisch zur Grundkörperachse 12 drehbare Ausgangswelle 72 auf,
die ein mit einer arbeitsschieberseitigen Verzahnung 68' kämmendes
Antriebsritzel 74 trägt.
Der Arbeitsschieber 16 ist gemäß der Erfindung als um eine
zur Grundkörperachse 12 parallele
Achse drehbarer Rundschieber ausgebildet, wobei die Werkzeugaufnahme 14 exzentrisch
auf dem Rundschieber angeordnet ist und die Verzahnung durch ein
mit dem Antriebsritzel 74 kämmendes Zahnrad 68' gebildet ist.