DE3034071A1 - Fraesmaschine mit einer werkzeugausstossvorrichtung. - Google Patents

Description

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WUESTHOFF - ν. PECHMANN - BEHRENS - GOETZ

PROFESSIONAL REPRESENTATIVES BEFORE THE EUROPEAN PATENT OFFICE AGREES PRES L'OFFICE EUROPEEN DES BREVETS

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telefon: (089) 66 20 51 telegramm: protectpatent telex: 524070

10. September 1980

Patentanmeldung

Anmelder: Hurco Manufacturing Co., Inc.

602 Guion Road

Indianapolis, Ind. 46268 / U.S.A.

Titel: Fräsmaschine mit einer Werkzeugausstoßvorrichtung

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Beschreibung

Fräsmaschine mit einer Werkzeugausstoßvorrichtung

Die Erfindung betrifft Präsmaschinen und bezieht sich insbesondere auf Präsmaschinen zum Bearbeiten in drei Achsen.

Die mit dem Gebiet &r Werkzeugmaschinen verbundene Technologie zeichnet sich durch ihre umfassende Ausdehnung und Viel— gestaltigkeit aus. Der Fachwelt sind Maschinen zum Schleifen, Fräsen, Bohren oder Ausdrehen in ein, zwei und drei Achsen bekannt. Die Zubehöreinrichtungen und Sonderausführungen sind fast so vielfältig wie die verschiedenen Maschinen zahlreich. Die US-PSen 3 555 963, 3 617 142, 3 157 283, 2 963 057, 2 883 890 und 2 365 068 geben nur einen kleinen Überblick über einige dieser verschiedenen Maschinentypen und ihre Merkmale.

So ist in der US—PS 3 555 963 eine Kehrspindel—Transferinaschine mit einem abnehmbaren Spindel-Werkzeughalter beschrieben, bei der ein einzelner Antriebsmotor zum Antreiben jeder Spindel über eine Getriebeanordnung benutzt wird. Der gesamte Werk— zeugkopf ist unter Verwendung von Führungsbahnen und Schlitten

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an beiden Seiten davon über einen Schneckenrad-Schnecken- ■ Antrieb in vertikaler Richtung verstellbar.

In der US-PS 3 617 142 ist ebenfalls ein vertikal verstellbarer Kopf beschrieben, bei dem ein Gleichstrom-Antriebsmotor über ein Getriebe die Werkzeugspindel antreibt. Der Kopf ist am Maschinengestell über eine Gleitbahn-Anordnung angeordnet, und die Bewegung läuft unter Verwendung eines Gegengewichtes und einer Umlenkscheibe ab.

Gemäß jeder dieser Patentschriften sind für die Führung der vertikalen Bewegung herkömmliche Gleitbahnen oder Führungselemente vorgesehen. Solche Vorrichtungen verlangen eine exakte maschinelle Bearbeitung, sie müssen geschmiert werden und machen bei Abnutzung größere Überholungsarbeiten durch Austausch oder Nacharbeiten erforderlich. Ferner wird gemäß jeder dieser beiden Patentschriften zum Übertragen der Drehbewegung der Motorwelle für den Antrieb der Werkzeugspindel ein Getriebe benutzt.

Die übrigen vier der oben angegebenen US-PSen sind auf herkömmliche Werkzeugmaschinen zum Bearbeiten in drei Achsen nur allgemein anwendbar. In jeder dieser Patentschriften ist eine spezielle einmalige Anwendung oder ein spezielles einmaliges Merkmal beschrieben, die bzw. das mit einer speziellen Werkzeugmaschine verbunden werden könnte, nämlich eine Dornwechselvorrichtung für eine Rohrpresse oder Schlauchmaschine (US-PS 3 157 283), eine Mehrzweck-Werkzeugmaschine mit einer Vorrichtung zum Ändern der Spindelstellung (US-PS 2 963 057)', eine selbsttätige Bohrerwechselvorrichtung für Spannfutter (US-PS 2 883 890) bzw. eine Maschine zum Überholen von Pleuelstangen mit eingesetzten Lagerbuchsen.

Die US-PSen 1 636 560, 1 967 045, 2 500 175, 2 571 267, 2 703 847, 2 772 546, 3 854 063, 3 987 322 und 2 714 866 betreffen Antriebseinheiten und Getriebe mit IIohlv;ellen-¥otoren oder dgl.

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In der US-PS 1 636 560 ist ein Hohlwellen-Motor zur Verwendung in einer Ventilsitzschleifmaschine beschrieben, bei dem die Hohlwelle zur Aufnahme eines Führungsschaftes dient.

Die US-PS 1 967 045 betrifft Werkzeugmaschinen nur insoweit, als in ihr ein Spannfutter-Betätigungsmotor beschrieben ist, der an einer Drehmaschinenspindel angeordnet ist.

In der US-PS 2 500 175 ist eine flexible Kupplung offenbart, die zusammen mit gleichstrombetriebenen, umkehrbaren Schrittmotoren verwendbar ist.

In der US- PS 2 571 267 ist eine Gewindedrückspindel beschrieben, die als Antrieb einen Hohlwellenmotor aufweist, der das Werkzeug über eine flexible Kupplung antreibt.

Die übrigen Patentschriften treffen nur allgemein zu, da sie sich nicht auf herkömmliche Antriebsmotoren zur Verwendung mit Drei-Achsen-Werkzeugmaschinen beziehen. Außerdem enthält keine der angegebenen Patentschriften den Gedanken der gleichachsigen Verbindung einer herkömmlichen massiven Abtriebswelle eines Motors mit einer hohlen Werkzeugspannspindel. Dieses spezielle gleichachsige Kuppeln verschafft den Vorteil einzeln auswechselbarer Bauteile, ohne daß die gesamte Baugruppe ausgetauscht werden muß, und ermöglicht die Verwendung von normalen, handelsüblichen Motoren..

In den übrigen Patentschriften sind offenbart eine Antriebsvorrichtung für Starter-Generatoren (2 703 847), einen Drehschwingungen aufnehmenden oder mildernden flexiblen Antrieb (2 772 546), eine Anordnung zum direkten Verbinden eines elektrischen Motors mit der Welle einer angetriebenen Vorrichtung, die eine geringe Achsversetzung zuläßt (3 854 063), eine Kupplung zum Verbinden eines elektrischen Motors mit einem Bauteil, das mit hohen Geschwindigkeiten angetrieben wird und an eine Verbindungs- oder Triebstange angehängt ist (3 987 322) bzw. eine Schiffsvortriebsvorrichtung mit einem elektrischen Motor (2 714 866).

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In der US-PS 2 028 727 ist eine spezielle Werkzeugmaschinen-Konstruktion beschrieben, bei der die Werkzeuge deutlich voneinander getrennt sind und eine Anzahl von größeren Baueinheiten bilden. Ein Merkmal dieser Aufteilung besteht darin, daß der Werkzeugkopf bzw. -träger ohne weiteres von einem Schlitten abnehmbar ist, und daß der Schlitten ohne weiteres von der vertikalen Stützsäule oder dem vertikalen Ständer der betreffenden Werkzeugmaschine entfernt werden kann. Obwohl der Schlitten an den Führungsbahnen des vertikalen Ständers verschiebbar ist, löst diese Konstruktion in keiner Weise die weiter oben erwähnten, mit derartigen Schlittenführungsbabn-Anordnungen verbundenen Probleme der Bearbeitungsgenauigkeit, der Schmierung und der Abnutzung.

Die US-PSen 3 673 918, 3 220 313, 3 757 637, 3 520 228 und 2 242 475 betreffen Werkzeugausstoßvorrichtungen für Werkzeugmaschinen.

In der US-PS 3 673 918 ist ein einstellbarer Schwingungsdämpfer für ein verschiebbares Werkzeugmaschinenteil, beispielsweise einen Spindelstock, beschrieben. Die Dämpfungsvorrichtungen eignen sich besonders zum selektiven und einstellbaren Ausgleichen von durch die Wälzlagerung entstehenden Schwingungen in der Weise, daß durch Aufheben der Schwingungsneigung die Güte einer bestimmten spangebenden Metallbearbeitung erhöht und die Schnittiefe vergrößert werden. Als Teil dieser Vorrichtung ist die Verwendung von Tellerfedern in Verbindung mit einem kreisrunden Lagerschuh offenbart, der in Achsrichtung elastisch nach innen vorgespannt wird, um gegen eine vertikale Führung einen im voraus festgelegten Reibungsdruck auszuüben.

In der US-PS 3 220 313 ist eine Werkzeugmaschinen-Kraftzugstangenvorrichtung beschrieben, die in einer hohlen Spindel einer Werkzeugmaschine angeordnet wird. Die Schraubverbindung zwischen der Zugstange und dem Werkzeughalter stellt eine

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ziemlich herkömmliche Konstruktion dar, ist aber für eine Werkzeug-Schnellausstoßvorrichtung nicht geeignet.

In der US-PS 3 757 637 ist eine Vorrichtung zum selbsttätigen Wechseln und Einstellen von Werkzeugträgern, z.B. Winkelfräsköpfen an einem Frässupport einer Werkzeugmaschine offenbart. Diese Vorrichtung ist wegen ihrer Zugstangenanordnung von Interesse, die in der Frässpindel axial verschiebbar und drehbar angeordnet ist. Auch hier handelt es sich um eine ziemlich herkömmliche Zugstangen-Konstruktion, bei der die Zugstange ein Außengewinde hat und in den Werkzeugschaft eingeschraubt wird, bevor die eigentliche Axialbewegung der Zugstange durch den Motor ausgeführt wird.

In der US-PS 3 520 228 ist eine Werkzeugmaschinensteuerung beschrieben, die Steuerschaltungen zum Stoppen der Drehbewegung einer Werkzeugmaschinenspindel in einer festen Winkelstellung aufweist. Zur Steuerung gehört eine Zugstange, die zum Befestigen von Werkzeugen in der Spindel benutzt wird und zum Lösen eines Werkzeuges und Spannen eines anderen Werkzeuges in bezug auf die Spindel drehbar ist. Ferner gehört dazu eine Steuerschaltung, die feststellt, wenn sich die Zugstange nicht ordnungsgemäß in bezug auf die Spindel drehen sollte.

In der US-PS 2 242 475 ist ein motorgetriebenes Handwerkzeug für z.B. kleine Schleifscheiben, Schleifkörper, Bohrer und elektrische Radierwerkzeuge offenbart. Diese Vorrichtung wird aus dem Grunde angeführt, weil sie eine hohle Spindel und eine Lösevorrichtung für das in der Spindel eingespannte Werkzeug aufweist.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Werkzeugausstoßvorrichtung für Fräsmaschinen und ähnliche Werkzeugmaschinen zu schaffen, die die gestellten Forderungen in besonders zuverlässiger Weise erfüllt.

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Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung hat eine Ausstoßvorrichtung für über eine Spindel angetriebene Werkzeughalter und Werkzeugausrüstungen ein Zylindergehäuse, einen im Zylindergehäuse angeordneten Zylinderkolben, der abhängig von im Zylindergehäuse wirkenden Druckkräften aus- und einfahrbar ist, eine Spindel-Baugruppe, deren proximales Ende mit einer Motorabtriebswelle verbindbar ist, und eine federbelas.tete Werkzeug-Spannzangen-Baugruppe, die in der Spindel-Baugruppe angeordnet und abhängig von Bewegungen des Zylinderkolbens in Längsrichtung bewegbar ist, wobei das distale Ende der Spindel-Baugruppe mit der Werkzeug-Spannzangen-Baugruppe zusammenwirkt, um Werkzeuge abwechselnd festzuhalten und freizugeben.

Weitere vorteilhafte Merkmale und Ausgestaltungen der Erfindung sind in den beigefügten Ansprüchen gekennzeichnet.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden anhand schematischer Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 eine Vorderansicht einer Fräsmaschine gemäß einer üblichen Ausführungsform der Erfindung, eine Draufsicht auf dieselbe Fräsmaschine, eine Seitenansicht derselben Fräsmaschine, die teilweise geschnitten ist, um innenliegende Bauteile erkennen zu lassen,

den Schnitt 4-4 in Fig. 2 durch eine Teil der Fräsmaschine gemäß Fig. 1 bildende Kugellagerführung, den Schnitt 5-5 in Fig. 1 durch die Kugellagerführung gemäß Fig. 4,

eine Schrägansicht einer Teil der Fräsmaschine gemäß Fig. 1 bildenden Keilleiste, eine Schrägansicht einer Teil der Fräsmaschine gemäß Fig. 1 bildenden Kugelrückführungskappe,

Fig. 8 eine Darstellung eines Teil der Fräsmaschine gemäß Fig. 1 bildenden Gewindespindel-Antriebes,

Fig. 9 eine Teilvorderansicht eines Werkzeugsupports und einer Werkzeug-Antriebseinheit für die Fräsmaschine gemäß Fig. 1, 130 01 1/086 S

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Fig. 10 eine Teilvorderansicht eines anderen Werkzeugsupports und einer anderen Werkzeug-Antriebseinheit für die Fräsmaschine gemäß Fig. 1 und

Fig. 11 eine Teildraufsicht auf eine Lagerführung für eine Fräsmaschine gemäß Fig. 1

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Fig. 10 eine Teilvorderansicht eines anderen Werkzeugsupports und einer anderen Werkzeug-Antriebseinheit für die Fräsmaschine gemäß Fig. 1 und

Fig. 11 eine Teildraufsicht auf eine Lagerführung für die Fräsmaschine gemäß Fig. 1.

In Fig. 1,2 und 3 ist eine Fräsmaschine 20 in dem Zustand dargestellt, den sie bei der Bearbeitung eines speziellen Werkstückes 21 einnehmen würde. Die Fräsmaschine 20 hat ein C-förmiges Gestell 22 mit einer Basis 23 und einem freitragenden oberen Abschnitt 24, einen Werkzeugsupport 25, einen Schlitten 27 und einen Werkstück- bzw. Arbeitstisch Das Gestell 22 ist eine Stahl-Schweißkonstruktion, die so ausgelegt und bearbeitet ist, daß sie verschiedene Betätigungsorgane, Zubehöreinrichtungen und Antriebs systeme aufzunehmen vermag, die für das Betreiben der Fräsmaschine 20 notwendig sind. Der obere Abschnitt 24 weist-an jeder Seite einen nach außen sich erstreckenden Arm 29 und dazwischen eine Vertiefung 30 auf. Die beiden Arme 29 stützen den Werkzeugsupport 25 ab und ermöglichen eine hin- und hergehende vertikale Bewegung in der von einem Pfeil 33 angegebenen Richtung, während das gesamte Gestell 22 und insbesondere die Basis 23 steif und ortsfest bleiben.

Über der Oberseite 34 der Basis 23 ist eine zweckdienliche Antriebsvorrichtung für die Querbewegung des Schlittens 27 in der von einem Pfeil 35 angegebenen Richtung untergebracht. Zwischen dem Schlitten 27 und dem Arbeitstisch 28 ist eine weitere Antriebsvorrichtung für die Längsvers teilung des Arbeitstisches 28 in der von einem Pfeil 36 angegebenen Richtung angeordnet (sh. Fig. 2). Diese verschiedenen Antriebsvorrichtungen, die weiter unten näher beschrieben werden, und ihre entsprechenden Bewegungsrichtungen bedeuten, daß die Fräsmaschine 20 einer herkömmlichen Maschine für die Bearbeitung in drei Achsen ähnlich ist, wobei der Pfeil 36 die Verstellrichtung X, der Pfeil 35 die Verstellrichtung Y und Pfeil 33 die Verstellrichtung Z angeben.

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Unabhängig von der Bewegungsrichtung oder der Kombination von Bewegungen während eines Bearbeitungsvorganges bleibe das Gestell 22 ortsfest und es findet keine Relativbewegung irgendeines größeren tragenden Teils des Gestells 22 statt. Bei herkömmlichen Ständer-Konsol-Fräsmaachinen geschieht die Relativbewegung in vertikaler -Richtung zwischen dem Werkstück und der Werkzeugspindel üblicherweise über eine motorgetriebene Gewindeverstellspindel/Mutter-Anordnung durch Hochfahren oder Absenken der Knie- bzw. Konsolplattform, welche den Arbeitstisch und den Schlitten trägt. Die Spindel kann auch im Innern einer ortsfesten Pinole oder eines Supports um einen kleineren Betrag vertikal verstellbar sein.

Die erfindungsgemäße Fräsmaschine 20 weicht von dieser herkömmlichen Ständer-Konsole-Konstruktion ab, weil statt einer Konsole der Werkzeugsupport 25 in der vertikalen Richtung bewegbar ist und das steife C—förmige Gestell 22 sich von unter der Spindelachse bis zu Stellen erstreckt, die an beiden Seiten der Spindel in einer der Spindelachse unmittelbar benachbarten vertikalen Ebene liegen. Somit ist die Unterstützung des Schlittens 27 und des Arbeitstisches 28 kräftiger als üblich und läßt mit der Fräsmaschine 20 größere Arbeitsgenauigkeiten erzielen als sonst möglich wäre. Wenn ein Werkstück 21 aufgespannt ist und in Quer- und Längsrichtung bewegt wird, läßt es sich in der Weise fräsen oder in anderer Weise bearbeiten, daß der gesamte 'Werkzeugsupport 25 abgesenkt wird, bis sein Werkzeug mit dem betreffenden Werkstück 21 in Eingriff ist, und daß dann, abhängig von der gestellten Bearbeitungsaufgäbe, entlang beliebiger Achsen verfahren wird. Eine vertikale Bewegung des Schlittens 27 und des Arbeitstisches 28 findet nicht statt.

Der Werkzeugsupport 25 ist zwischen den Armen 29 angeordnet und an ihnen abgestutzt. Beiderseits des Werkzeugsupports 25 sind zwei Wälzlagerführungen bildende Kugel-Führungen 39 angeordnet. Eine Ausführungyform derselben ist in Fig. 4 bis 7 dargestellt, nachfolgend im einzelnen beschrieben wird jedoch die beispielhafte Amsführungr.forni geinäß Fig. 11.

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Gemäß Pig. 4 und 5 hat jede der Kugel-Führungen 39 ein äußeres Laufbahnelement 40 und eine Kugel—Umlauf führung 41 von überwiegender Längsausdehnung, die an einer Seite eine konische Fläche aufweist. Jedes der äußeren Laufbahnelemente 40 ist mit ägn zugehörigen Arm 29 mittels herkömmlicher Befestigungsmittel, z.B. mit Innensechskant-Zylinderschrauben, starr verbunden, während die Kugel—Umlaufführung 41 ebenfalls mittels herkömmlicher Befestigungsmittel, z.B. mit Innensechskant-Schrauben, mit dem Werkzeugsupport 25 starr verbunden ist. Der Werkzeugsupport 25 ist durch eine zweckdienliche Antriebsvorrichtung, beispielsweise durch eine Kugelumlauf-Gewindeverstellspindel mit Kugelumlauf-Spindelmutter, in der vertikalen Richtung nach oben und unten bev.'egbar, wobei die Relativbewegung zwischen dem Werkzeugsupport 25 und dem Gestell 22 - über die Arme 29 - an den Kugel-Führungen 39 stattfindet. Jede der Kugel-Führungen 39 ist unter Verwendung von herkömmlichen kleinen Handwerkzeugen unabhängig bzw. für sich von der Fräsmaschine 20 abnehmbar, so daß bei Ermüdung von Kugeln oder bei Versagen oder anderem Schaden an der Substanz eines Teiles einer der Kugel-Führungen 39 die betroffene Kugel-Führung 39 unabhängig auswechselbar ist, ohne daß die Fräsmaschine 20 demontiert, nachgearbeitet oder in anderer Weise in größerem Umfange überholt werden müßte.

Die beiden Kugel-Führungen 39 für die Vertikalverstellung des Werkzeugsupports 25 sind so eingebaut und vorgespannt, daß zwischen dem Werkzeugsupport 25 und dem Gestell 22 das Äquivalent eines Null-Betriebsspiels besteht. Um dieses Null-Betriebsspiel zu erreichen und die Starrheit des Aufbaus zuverlässig zu bewahren, wird beim Einbauen in spezieller Weise vorgegangen.

Jeder der Arme 29 weist eine vertikale Gruppe von Gowinde- oder Schraubenlöchern 46 auf, deren gemeinsamer Ort eine Linie 45 ist. Die Schraubenlöcher 46 dionen zur starren Befestigung der äußeren Laufbahnelemente 40 in einer L-förrnigen Ausnehmung 47 jedes Armes 29 mittels zweckdienlicher

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schraubender Befestigungsmittel, die durch Durchstecklöcher 46a im Laufbahnelement 40 hindurchsteckbar Bind. Jedes der Laufbahnelemente 40 weist einen halbkreisförmigen Kanal 48 auf, in dem eine kontinuierliche Eeihe von (Lager-) Kugeln 49 angeordnet ist. Um in jeder der Kugel-Führungen 39 eine einwandfreie Bewegung der Kugeln 49 sicherzustellen, sind das äußere Laufbahnelement 40 und die Kugel—Umlauf— führung 41 an ihren entsprechenden Unterlagen so angeordnet, daß halbkreisförmige Kanäle 50 in den UmIaufführungen 41 und die halbkreisförmigen Kanäle 48 der Laufbahnelemente 40 im Zusammenwirken miteinander eine kreisrunde Führungsrille 51 bilden, die in ihren Abmessungen etwas größer ist als der Durchmesser der Kugeln 49 in ihr.

Der Werkzeugsupport 25 hat Flansche 25a und 25b, von denen jeder eine Gruppe von Gewinde— oder Schraubenlöchern 52 aufweist, deren gemeinsamer Ort eine Linie 53 ist. Bevor die Umlaufführung 41 mit den Flanschen 25a und 25b fest verbunden werden kann, muß der Abstand zwischen den Linien 45 und 53 exakt so eingestellt werden, daß die halbkreisförmigen Kanäle 48 und 50 im angebauten Zustand die kreisrunde Führungsrille 51 bilden. Wegen der Bearbeitungstoleranzen kann das Abstandsmaß zwischen den Linien 45 und 53 an jeder Seite des Werkzeugsupportes 25 um wenige tausendstel engl. Zoll (etwa wenige Zehntelmillimeter) nach Plus oder Minus abweichen. Nachdem jedes Laufbahnelement 40 mit seinem zugehörigen Arm 29 fest verbunden worden ist, müssen folglich etwa'ige Abstandsabweichungen durch Verrücken der Umlaufführung 41 berücksichtigt werden. Die Umlaufführung 41 weist eine Gruppe von Durchstecklöchern 54 auf, die sich mit den Schra.ubenlöchern-52 im wesentlichen decken. Die Durchstecklöcher 54 sind groß genug, so daß die Umlaufführung 41 um einen geringen Betrag seitlich verschiebbar ist, während sie sich doch mit den Schraubenlöchern 52 genügend überlappen, damit zweckdienliche schraubende Befestigungsmittel durch die Durchstecklöcher 54 hindurch in die Schraubenlöcher 52 einschraubbar sind. Um eine kräftige und zuverlässige Abstützung für die Umlaufführung 41 zu schaffen und

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die erwähnten Maßabweichungen ausgleichen zu können, ist gemäß Fig. 6 eine Keilleiste 55 eingebaut, die, wenn sie nach unten eingeklopft wird, die Umlaufführung 41 in die richtige Stellung in bezug auf das äußere Laufbahnelement 40 drückt. Danach werden die für das Verbinden der Umlaufführung 41 mit dem Werkzeugsupport 25 ausgewählten und mit den Durchstecklöchern 54 und den Schraubenlöchern 52 zusammenwirkenden schraubenden Befestigungsmittel festgezogen. Etwa im Zentrum einer Fläche der Keilleiste 55 erstreckt sich in Längsrichtung eine Kugelnut 56, die eine harte Lauffläche bildet für den Fall, daß die in einer Eille 57 in der Umlaufführung 41 umlaufenden Kugeln 49 mit ihr in Berührung kommen.

Die Kugeln 49 sind in der Führungsrille 51 und der Rille in lückenloser Eeihe schleifenförmig angeordnet. Wenn sich der Werkzeugsupport 25 vertikal nach oben bewegt, drehen sich die Kugeln 49 um ihre eigene Achse und wandern außerdem durch die zusammenhängende Schleife, und zwar in der rechten UmI auf führung 41 im Uhrzeigersinn, in der linken Umlaufführung 41 im Gegenuhrzeigersinn. Wenn die vertikale Bewegung des Werkzeugsupports 25 nach unten gerichtet ist, wandern die Kugeln 49 in der rechten UmI auf führung 41 im Gegenuhr— zeigersinn. Da das äußere Lauf bahn element 40 und die Um— laufführung 41 im wesentlichen rechteckige Gestalt haben, ist die langgestreckte, an den Enden gekrümmte Gestalt dieser zusammenhängenden Schleife durch Befestigen einer Kugelrückführungskappe 58 an jedem Ende der Kugelführungen 39 erreicht (sh. Fig. 7)· Die Kugelrückführungskappe 58 weist an einer Seite einen halbkreisförmigen, konischen Eand 59 auf, der in den halbkreisförmigen Kanal 48 des äußeren Laufbahnelementes 40 einsetzbar und an dessen Innenfläche anlegbar ist, während der entgegengesetzte Eand 60 der Rückführungskappe 58 rechtwinklig gestaltet ist und sich auf das entsprechende Ende der Umlaufführung 41 aufsetzen läßt. Bei "vertikaler Bewegung des Werkzeugsupports

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bewegen sich die Kugeln 49 entweder im Uhrzeigersinn oder im Gegenuhrzeigersinn und werden durch den Rand 59 aus der Führungsrille 51 heraus- und in die Rille 57 hineingeleitet. Jede der Kugelrückführungskappen 58 weist einen gekrümmten inneren Abschnitt auf, der die Kugeln 49 aufnimmt und sie während ihrer Wanderung von der einen zur anderen Seite der Schleife leitet. Jede der Kugelrückführungskappen 58 ist an einem verschiedenen Ende der Umlaufführung 41 mittels schraubender Befestigungsmittel befestigt und ohne Schwierigkeiten wegnehmbar, um sowohl das anfängliche Einfüllen der Kugeln 49 als auch das eventuell später erforderlich werdende Auswechseln abgenutzter Lager zu erleichtern. Am Ende jeder Kugelrückführungskappe 58 ist ein Abstreifer 58a befestigt, der über den halbkreisförmigen Kanal 48 gleitet und dabei Schmutz und andere Verunreinigungen entfernt, bevor es zu einer Berührung mit den Kugeln 49 kommt.

Jede der Kugelführungen 39 hat eine durch eine Linie 38 angedeutete Vertikalverstellungsebene (sh. Fig. 5). Weil die Linien 38 — oder die Vertikalverstellungsebenen - miteinander zusammenfallen, können sie als in einer gemeinsamen Ebene liegend betrachtet werden. Ein wichtiges Merkmal der erfindungsgemäßen Fräsmaschine 20 besteht darin, daß diese gemeinsame Ebene nahezu durch eine Drehachse P einer Werkzeugspindel geht (sh. Fig. 5). Beim gezeigten Beispiel ist der tatsächliche Abstand zwischen dem Punkt bzw. der Drehachse P und der den Linien 38 gemeinsamen Ebene im Idealfall Null, beträgt aber in Wirklichkeit weniger als 1 engl. Zoll, also weniger als etwa 25,4 mm. Diese Beziehung schließt jegliche Kragarm- bzw. Hebelwirkungen aus, die sonst vorhanden sein könnten, wenn der Abstand zwischen der Vertikalverstellungsebene und der Drehachse P des Werkzeugsupports 25 groß wäre.

Die Beschreibung der Kugel-Führungen 39 gilt für jede der drei Achsen. Wie weiter oben erwähnt, findet die Relativbewegung in der vertikalen Richtung zwischen dem Werkzeugsupport 25 und den Armen 29 des Gestells 22 statt. Zwischen

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der Oberseite 34 der Basis 23 und dem Schlitten 27 ist ein weiteres Paar Kugel-Führungen 39a angeordnet, bei denen die äußeren Laufbahnelemente 40a an aufragenden ortsfesten Halterungen 61 und die Kugel-UmIaufführungen 41a am Schlitten befestigt sind. Ein letztes Paar Kugel—Führungen 39b ist zwischen dem Schlitten 27 und dem Arbeitstisch 28 angeordnet; hier sind die äußeren Laufbahnelemente 40b am Arbeitstisch 28 befestigt, während die beweglichen Kugel-Umlaufführungen 41b am Schlitten 27 befestigt sind. Jedes Paar Kugel-Führungen 39, 39a und 39b ist von gleichem Aufbau, außer daß sie sich in ihrer Gesamtlänge unterscheiden, die durch die gewählte Länge des Verstellweges in jeder Achse und durch die jeweilige Konstruktion der Fräsmaschine bestimmt ist. Der Vertikalverstellweg beträgt etwa 355 mm, der Querverstellweg etwa 330 mm und der Längsverstellweg etwa 660 mm. Die Verwendung anderer Wälzlager als Kugellager ist für bestimmte Kombinationen denkbar, beispielsweise die Verwendung von Rollen- und Nadellagern. Es wird angenommen, daß in Kugellagern die Vorteile in bester Weise kombiniert sind.

Jedem Paar Kugel-Führungen 39, 39a- und 39b und seiner entsprechenden Achse ist je eine Antriebsvorrichtung 65, 65a bzw. 65b (Fig. 8) mit Kugelumlauf-Gewindeverstellspindel und -Spindelmutter zugeordnet. Jede der Antrxebsvorrichtungen 65 , 65a und 65b ist praktisch in gleicher Weise aufgebaut; der einzige-Unterschied besteht in der Länge der Kugelumlauf-Gewindeverstellspindel, die der Größe des Verstellweges entspricht, welcher für die jeweilige Fräsmaschinenachse, der die Antriebsvorrichtung 65, 65a oder 65b zugeordnet ist, möglich ist. Ein weiterer Unterschied besteht darin, daß sich die Antriebsvorrichtung 65b für die X-Achse über eine größere Länge erstreckt und zwei Endstützlager 67b und 68b erforderlich macht, während die Antriebsvorrichtungen 65a und 65 für die Y- und Z-Achse von kleinerer Länge sind und nur ein Endstützlager benötigen. Es wird nur die Antriebsvorrichtung 65b in Einzelheiten beschrieben, da die Antriebsvorrichtungen 65a und 65 mit ihr im wesentlichen gleich sind.

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Ein feststehendes Bauteil trägt einen gleichstrombetriebenen Antriebsmotor 66b,-ein Paar Rücken an Rücken angeordnete Schrägkugellager 67b und ein Kugellager 68b. Durch die Verwendung der Rücken an Rücken angeordneten Schrägkugellager 67b lassen sich in beiden Richtungen auftretende bzw. wirkende Axialkräfte aufnehmen. Pur die vertikale oder Z-Achse ist dieses feststehende Bauteil das Gestell 22, für die Längs- oder X-Achse der Schlitten 27 und für die Quer- oder Y-Achse eine vertikale Innenfläche 72 an der Ausladung des Gestells 22. Die in Fig. 8 gezeigte Anordnung für die Antriebsvorrichtung ist für die Querachse insofern etwas abgeändert, als an der Innenfläche 72 eine U-förmige Halterung 72a angeordnet ist und am offenen Ende derselben eine Abdeckplatte 72b befestigt ist. Das Ende des Antriebsmotors 66a ist an der Abdeckplatte 72b angeordnet, und in der Halterung 72a sind Stützlager 67a. angeordnet.

Für diese Antriebsvorrichtungen mit Gewindeverstellspindel ist ein von der Firma Electro-Craft Corporation, Hopkins, Minnesota (USA) vertriebener Gleichstrommotor mit Permanentmagnet (en), Modell E-7O3, geeignet. Die Antriebsvorrichtung 65b weist ferner eine Kugelumlauf-Gewindeverstellspindel 69t>, eine Ausrichtekupplung 70b und eine Kugelumlauf-Spindelmutter 711> auf. Die Spindelmutter 71b ist mit dem beweglichen Bauteil starr verbunden, das für die vertikale Achse der Werkzeugsupport 25, für die Querachse der Schlitten 27 und für die Längsachse der Arbeitstisch 28 ist. Wenn sich die Abtriebswelle des Antriebsmotors 66b mit einer wählbaren Geschwindigkeit dreht, überträgt die Ausrichtekupplung 70b die Drehbewegung auf die Gewindeverstellspindel 69t», die sich in der Spindeljmitter 71b schraubend bewegt, und bewirkt, daß sich das zugehörige bewegliche Bauteil an der Gewindeverstellspindel 69h entlangbewegt. Die Gewindeverstellspindel 69b ist an entgegengesetzten Enden durch die Schrägkugellager 67b und das Kugellager 68b abgestützt, um eine gerade Ausrichtung und bei Antrieb durch den Antriebsmotor 66b eine ruckfreie, kontinuierliche Bewegung zu sichern.

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Pig. 9 zeigt Einzelheiten deB Werkzeugsupports 25- Ein äußeres Gestellelement 74 umfaßt die Flansche 25a und 25"b, welche die tragenden Bauteile sind, an welchen die Kugel-Umlaufführungen 41 angeordnet sind. Im Gestellelement 74 ist auch eine Werkzeug-Antriebseinheit 73 aufgenommen, zu der ein frequenzveränderlicher drehstrombetriebener Antriebsmotor 75 mit einer vertikalen hohlen Abtriebswelle 76 und eine hohle Spindel 77 gehören, die an einem Ende 79 mit einer Werkzeugspannvorrichtung 78 versehen ist. Die Antriebseinheit 73 erteilt dem jeweils benutzten speziellen Werkzeug oder Fräser eine Drehbewegung. Das entgegengesetzte Ende 79a der Spindel 77 weist ein Vielnutprofil auf und ist gleichachsig mit der Abtriebswelle 76 des Antriebsmotors 75 angeordnet, mit der es über eine mit einem Vielnutprofil versehene und drehfest angeordnete Kupplung 81 zuverlässig gekuppelt ist. Die Kupplung 81 weist an einem Ende 82 an der Innenseite ein entsprechendes Vielnutprofil auf, das mit dem Vielnutprofil am Ende 79a der Spindel 77 in Eingriff bringbar ist, und ist am entgegengesetzten Ende 83 mit der Abtriebswelle 76 gepaart und mit dieser mittels herkömmlicher Hilfsmittel drehfest verbunden. Die Spindel 77 ist im Gestellelement 74 durch Lager 85 und 86 abgestützt, so daß sich bei Drehung der Abtriebswelle 76 des Antriebsmotors 75 eine konzentrische und exakte Drehbewegung des Fräsers ergibt. Die Drehachse der Spindel 77 fällt mit der in Fig. 5 mit P-bezeichneten Längsachse des Werkzeugsupportes 25 zusammen.

Die Werkzeugspannvorrichtung 78 dient zum sicheren Einspannen eines zweckdienlichen Fräsers 84 oder ähnlichen Werkzeuges. Sie kann entweder manuell oder automatisch betätigbar sein, und das ganze aus Werkzeugsupport 25 und Werkzeug-Antriebseinheit 73 bestehende System ist in Verbindung mit einer selbsttätigen Werkzeugwechselvorrichtung verwendbar, von der ein Teil durch einen Block 87 angedeutet ist. In diesem Falle ist in der hohlen Spindel 77 ein das Werkzeug spannender und freigebender Stößel 88 der Werkzeugwechselvorrichtung angeordnet. Wenn keine selbsttätige Werkzeugwechselvorrichtung

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vorhanden ist, kann die Abtriebswelle 76 des Antriebsmotors 75 massiv sein und der Werkzeugwechsel wird von Hand vorgenommen. Bei Verwendung einer selbsttätigen Werkzeugwechselvorrichtung ist der Antriebsmotor 75 wie beim gezeigten Beispiel vorzugsweise mit einer hohlen Motorwelle versehen, damit der Stößel 88 aufgenommen werden kann, der von der im Block 87 bzw. in der Werkzeugwechselvorrichtung angeordneten Stößelbetätigungsvorrichtung (Fig. 9) nach unten in die Spindel 77 herausragt.

Ein in einem elektrischen Schaltschrank 75a (Fig. 1 und 2) angeordnetes frequenzveränderliches Motorsteuergerät wirkt mit dem frequenzveränderlichen drehstrombetriebenen Antriebsmotor 75 zusammen, damit im Geschwindigkeitsbereich von etwa 400 bis 3500 UpM eine konstante Leistung von etwa 2 ps abgegeben wird. Bei einer solchen Anordnung verändert sich das Drehmoment mit der Geschwindigkeit, die Motorleistung wird jedoch durch elektrisches Begrenzen konstant gehalten.

Ein weiteres Merkmal der Fräsmaschine 20 besteht in der Überwachung der Spindeldrehzahl, dem Stoppen der Spindeldrehung und dem nachfolgenden Blockieren der Spindel 77 zum Zwecke des Werkzeugwechsels u.dgl. Innerhalb des Gestellelementes 74 und nahe der Kupplung 81 sind ein Luft- bzw. pneumatischer Arbeitszylinder 91 und ein photoelektrischer Schalter 89 angeordnet. In den unteren Abschnitt der Kupplung 81, ist eine kreisrunde, konische Vertiefung 90 eingearbeitet, der gegenüber dem beweglichem Stößel 92 des Arbeitszylinders 91 angeordnet ist. Beim Betätigen bewegt sich der Stößel 92 in der von einem Pfeil 92a angegebenen Eichtung in eine ausgefahrene Stellung an der Oberfläche der Kupplung 81. Der Stößel 92 trägt an seinem Ende einen kreisrunden konischen Kopf 92b, der so bemessen ist, daß er in die Vertiefung 90 einzudringen und in der Eindringstellung weitere Drehung der Spindel 77 zu verhindern vermag. Wenngleich bei betätigtem Stößel 92 der Kopf 92b anfänglich an der Oberfläche der Kupplung 81 gleiten kann, wenn sich die Vertiefung 90 nicht

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in seiner Fluchtlinie befindet, schnappt er doch in die Vertiefung 90-ein und stoppt weitere Drehung der Spindel 77.

In einem in den oberen Abschnitt der Kupplung 81 eingebohrten Loch ist ein Federstift 89a sicher gehalten. Das herausragende Ende des Federstiftes 89a wandert durch einen Schlitz 89b im photoelektrischen Schalter 89. Bei arbeitender Fräsmaschine 20 wird von einer Seite des Schalters 89 ein Lichtstrahl quer durch den Schlitz 89b gesandt und an der entgegengesetzten Seite aufgefangen. Bei jeder Umdrehung der Kupplung 81 durchwandert der Federstift 89a diesen Lichtstrahl und unterbricht ihn für einen kurzen Augenblick. Mit einer zweckdienlichen herkömmlichen elektronischen Schaltungsanordnung in einem elektrischen Schaltschrank 95 (Pig· 2 und 3) lassen sich diese kurzzeitigen Unterbrechungen zählen, um ein für die Spindelgeschwindigkeit repräsentatives Signal zu erzeugen. Wenn die Spindel 77 zum Werkzeugwechseln oder aus irgendeinem anderen Grund angehalten werden soll, läßt sich der Antriebsmotor 75 durch das Bedienungspersonal mittels eines zweckdienlichen Betätigungsorgans abschalten, so daß die Drehgeschwindigkeit abnimmt. Sobald die Spindelgeschwindigkeit genügend verlangsamt ist, wird der Arbeitszylinder beaufschlagt und bewegt den Stößel 92 in eine ausgefahrene Stellung an der Kupplung 81 und schließlich in die Vertiefung 90 hinein. Für diese Anwendung ist ein von &r Firma Clairex Electronics, Mount Vernon, New York (USA) vertriebener optischer Schalter, Modell CL 155, geeignet. ■

Die selbsttätige Werkzeugwechselvorrichtung und der erforderliche Werkzeughalter werden hier nicht besonders in Einzelheiten dargestellt, außer im Zusammenhang mit der örtlichen Anordnung der durch den Block 87 angedeuteten Werkzeugwechselvorrichtung und des Stößels 88 sowie hinsichtlich ihrer Beziehungen zum Antriebsmotor 75 und zur Spindel 77· Die zu wählende Werkzeugwechselvorrichtung und Werkzeughalter sind von den Abmessungen der Fräsmaschine 20 und von den verschiedenen gewünschten Bearbeitungsmöglichkeiten abhängig,

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und weil derartige Vorrichtungen der Fachwelt bekannt sind, wird eine Darstellung und Beschreibung weiterer mechanischer und elektrischer Einzelheiten als nicht notwendig erachtet.

Durch die direkte gleichachsige Verbindung eines drehzahlregelbaren drehstrombetriebenen Antriebsmotors 75 von reichlichem Leistungspotential mit der hohlen Spindel 77 und durch die Anordnung dieser beiden Baugruppen innerhalb des Gestellelementes 74 werden keine Zahnräder, Riemen oder Umlenkräder benötigt, um für die jeweils in der Werkzeugspannvorrichtung 78 aufgenommenen Fräser eine Vielzahl von vorteilhaften Drehgeschwindigkeiten zu erzielen.

Die in Fig. 9 dargestellte Ausführungsform des Werkzeugsupports 25 hat zahlreiche vorteilhafte Merkmale, z.B. den direkten Antrieb, die hohle Spindel, die konstante Leistungsabgabe von 2 PS, die Überwachung der "Spindeldrehzahl und die Spindelblockierung. Diese Merkmale lassen sich bei einer Vielfalt alternativer Ausführungsformen beibehalten, von denen eine in Fig. 10 dargestellt ist. Diese Ausführungsform wird wegen der Eingliederung einer neuartigen Werkzeugausstoßvorrichtung bevorzugt.

Der Hohlwellenmotor und die mit dem Block 87 dargestellte selbsttätige Werkzeugwechselvorrichtung gemäß Fig. 9 erfordern eine ziemlich spezielle Motorkonstruktion und eine getrennte Baugruppe für die Werkzeugwechselvorrichtung. Wenngleich der Block 87 als Teil einer selbsttätigen Werkzeugwechselvorrichtung bezeichnet wird, dient er zusammen mit dem Stößel 88 als Ausstoßvorrichtung für den Fräser 84. Im Gegensatz zur Ausführungsform gemäß Fig. 9 weist die in Fig. 10 dargestellte AusfUhrungsform als Teil ihrer Werkzeugausstoßvorrichtung einen (torusförmigen) kreisringförmigen Luftzylinder auf, der im äußeren Gestellelement 74 und konzentrisch um die Abtriebswelle des Antriebsmotors angeordnet ist. Der übrige Teil der Ausstoßvorrichtung ist in der Spindel und um sie herum angeordnet. Die nicht als Baugruppe von Unterlieferanten

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bezogene, sondern aus Einzelteilen zusammengesetzte Konstruktion ermöglicht es, innengelegene Abschnitte des Gestellelementes 74 und den Innenraum der Spindel 77 als Teil der Werkzeugwechselvorrichtung zu nutzen und schafft dadurch einen Werkzeugsupport von gedrängterer Bauweise. Dieses Konstruktionsprinzip ermöglicht auch das Auswechseln einzelner Bauteile statt den Austausch einer kompletten Baugruppe der Werkzeugwechselvorrichtung erforderlich zu machen. Die nachfolgend im einzelnen beschriebene, in Fig. 10 dargestellte bevorzugte Werkzeugwechselvorrichtung zeichnet sich außerdem durch große Betriebssicherheit, ein hohes Maß an Starrheit und Gleichförmigkeit der Bewegungen und durch ihre Kompatibilität mit einer Vielfalt von Werkzeughaltermagazinen und Werkzeugwechselvorrichtungen aus.

Zum dargestellten Werkzeugsupport 120 gehören ein äußeres Gestellelement 74, ein Antriebsmotor 121, eine hohle Spindel 122, eine Ausstoßvorrichtung 123 und eine Anzahl zugehöriger Bauteile, von denen viele der Ausführungsform gemäß Fig. 9 entsprechen und bei identischer Ausbildung dieselben Bezugszeichen beibehalten haben. Die Ausstoßvorrichtung 123 hat einen kreisringförmigen doppeltwirkenden Luftzylinder 124 und eine federbelastete Werkzeugspannzangen-Baugruppe 125. Der Luftzylinder 124 weist einen Zylinderdeckel 128 auf, der an

der Austrittsstelle der Motorabtriebswelle 129 mit seiner Oberseite in die Stirnfläche des Antriebsmotors 121 eingeschraubt ist. Der Zylinderdeckel 128 hat einen Luft-Einlaß/Auslaßkanal 130, der sich nach innen bis in die Nähe eines Zylinderkolbens 131 erstreckt. Mit der Unterseite des Zylinderdeckels 128 ist ein Zylindergehäuse 132 verschraubt, das auch an eine Auflagerippe 133 aus Guß des Gestellelementes 74 angeschraubt ist und einen Luft-Einlaß/Auslaßkanal aufweist. Der Zylinderkolben 131 hat eine zentrale Nabe 131A und einen nach außen sich erstreckenden Flansch 131B. Der Zylinderkolben 131 ist in den Innenräumen des Zylinderdeckels 128 und des Zylindergehäuses 132 und in dem zwischen dem

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Zylinderdeckel 128 und dem Zylindergehäuse 132 geschaffenen Raum angeordnet. Der Zylinderkolben 131 ist von kreisringförmiger Gestalt und umgibt die Motorabtriebswelle 129. Der Flansch 131B ist in dem einer kreisringförmigen Nut ähnlichen Raum zwischen dem Zylinderdeckel 128 und dem Zylindergehäuse 132 angeordnet. Der Zylinderkolben 131 ist abhängig von Luftdruck in vertikaler Richtung, also in Längsrichtung der Spindelachse, aus- und einfahrbar. In den Zylinderkolben 131 sind drei kreisringförmige Nuten 135 zur Aufnahme je eines 0-Ringes 136 eingearbeitet; die O-Ringe 136 sorgen für die notwendige leckdichte Abdichtung. An die voreilende oder nach vorn weisende Stirnfläche des Zylinderkolbens 131 ist ein Ring 139 angeschraubt, der beim Vorschieben des Zylinderkolbens 131 sich an eine Lösestange 140 anlegt und auf diese eine Kraft aufträgt.

Wenn in den Luft-Einlaß/Auslaßkanal 130 Luft eingepreßt wird, verteilt sie sich gleichmäßig über die gesamte Oberseite des Flansches 131B zwischen dieser Oberseite und der Unterseite des Zylinderdeckels 128. Wenn sich Druck aufbaut, entfernen sich diese Flächen voneinander, wobei bewirkt wird, daß sich der Zylinderkolben 131 nach unten bewegt. Dabei wird die zwischen der Unterseite des Zylinderkolbens 131 und der Oberseite des Zylindergehäuses 132 eingeschlossene Luft herausgepreßt und der Ring 139 beginnt, auf die Oberseite der Lösestange 140 zu wirken. Die Lösestange 140 ist an einen Kurven- bzw. Steuerring 141 angeschraubt und durchdringt einen diametralen Schlitz 142 in einer Spindelkupplung 143. Der Schlitz 142 ist auf eine Breite gearbeitet, die eine enge Anlage der Lösestange 140 sichert. Die Höhe des Schlitzes 142 reicht aus, um Spiel für eine vertikale oder Längsbewegung der Lösestange 140 zu schaffen.

Der Steuerring 141 hat eine sich nach außen erstreckende Lippe, die an ihrem äußeren Ende einen hochgestellten Rand 141A aufweist, der im Schlitz bzw. Spalt eines optischen

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Schalters 146 angeordnet ist. Wenn ein Werkzeug oder Werkzeughalter von der Ausstoßvorrichtung 123 gespannt wird, wird der Rand 141A nach oben bis kurz vor den Betätigungspunkt des Schalters 146 gezogen. Wenn jedoch kein Werkzeug gespannt wird, ermöglicht die Ausbildung der Ausstoßvorrichtung 123 das Hochziehen des Randes 141A zu einer höhergelegenen Stelle, wodurch der Schalter 146 betätigt wird und dem Maschinenbedienungspersonal anzeigt, daß zu diesem Zeitpunkt in der Spindelspannzange kein Werkzeug oder Werkzeughalter aufgenommen ist.

Die Spindelkupplung 143 ist über Vielnutprofile und Stifte mit der Motorabtriebswelle 129 und der Spindel 122 fest verbunden. Zwischen der Lösestange 140 und dem Ring 139 an der Kolbenstirnseite besteht ein geringes Spiel, so daß, wenn die Spindel 122 vom Antriebsmotor 121 angetrieben wird, der Luftzylinder 124 unbeeinflußt bleibt.

In der Spindel 122 ist ein Spindelschaft 144 angeordnet, der über eine größere Länge von einem Stapel Tellerfedern 147 umschlungen ist. Auf das obere Ende des Spindelschaftes 144 ist eine Haltekappe 148 aufgeschraubt, die als ein Anschlag (Anlagefläche) für den Stapel Tellerfedern 147 wirkt. Am entgegengesetzten Ende des Tellerfederstapels ist eine ähnliche Haltekappe 148A angeordnet. Der Spindelschaft 144 ist in der Innenbohrung der Tellerfedern 147 beweglich, so daß, wenn an der Haltekappe 148 vom Zylinderkolben 131 her über den Ring 139 und die Lösestange 140 eine Kraft aufgebracht wird, die Tellerfedern 147 zusammengedrückt werden, was sich durch eine Verkleinerung der Stapelhöhe ausdrückt, und der Spindelschaft 144 sich nach unten vorschiebt. An das distale Ende des Spindelschaftes 144 ist eine Spannzange 149 angeschraubt, die mehrere, beim gezeigten Beispiel insgesamt sechs Spannzangensegmente 149A aufweist. Wenn ein Werkzeug aufgenommen ist, werden diese Spannzangensegmente 149A in einer kleineren zylindrischen Bohrung 150 am distalen Ende der

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Spindel 122.nach innen in einen Zustand zusammengedrückt, in dem sie unter Federspannung stehen. Die Bohrung 150 ist im wesentlichen konzentrisch mit einer größeren zylindrischen Bohrung 151 (die eine Bohrungserweiterung bildet) so ausgebildet, daß sich die Bohrung 151, getrennt durch eine Schrägfläche 150A, an das distale Ende der Bohrung 150 anschließt.

Wenn sich der Spindelschaft 144 infolge eines auf den Flansch 131B des Zylinderkolbens 131 einwirkenden ausreichenden Druckes vorschiebt, bewegt sich auch die Spannzange 149 nach vorn, bis die distalen Spannenden der Spannzangensegmente 149A in die Bohrung 151 eindringen. Sobald die Spannzangensegmente 149A diesen zusätzlichen Bewegungsspielraum haben, federn sie an der Schrägfläche 150A entlang nach außen und geben einen zuvor festgehaltenen Werkzeughalter 152 oder ein Werkzeug oder eine Werkzeugausrüstung frei. Ein solcher Werkzeughalter 152 oder Werkzeugausrüstung muß unterhalb eines vergrößerten Kopfstückes einen Abschnitt von verkleinertem Durchmesser aufweisen, in den die Spannzangensegmente 149A unterhalb des Kopfstückes eindringen können. Derartig ausgebildete Werkzeughalter sind in der Industrie allgemein üblich.

Eine Drehbewegung wird auf den Werkzeughalter 152 von der Motorabtriebswelle 129 über die Spindelkupplung 143, die Spindel 122 und einen Mitnehmerstein 155 übertragen. Der Mitnehmerstein 155 ist an das Ende der Spindel 122 angeschraubt und paßt eng in einer zugehörigen Nut im Bund des Werkzeughalters 152. Durch diese enge Passung ist eine spielfreie und exakte Übertragung der Antriebsbewegung sichergestellt; die Spindeldrehung wird auf den Werkzeughalter 152 und das Werkzeug nur durch den Mitnehmerstein 155 übertragen. Der Werkzeughalter 152 hat gegenüber der Nut für den Mitnehmerstein 155 um 180 Grad versetzt eine zweite nutähnliche Aussparung, die als Ausrichteelement für eine kompatible Werkzeugwechselvorrichtung dient. Die Verwendung der Spannzange 149 als Teil

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der Werkzeugausstoßvorrichtung 123 ist von Wichtigkeit, weil bei der vorstehend beschriebenen Mitnehmerstein-Anordnung keine andere geeignete Möglichkeit zum Festhalten des Werkzeughalters 152 in einer richtigen Höhenlage besteht. Während des Ausrichtens des Mitnehmersteins 155 nach der Werkzeughalternut wird der Werkzeughalter 152 nach oben in den Bereich der Bohrungserweiterung in der Spindel 122 verbracht und dort festgehalten, während der Zylinderkolben 131 durch die Wirkungsumkehr der Luft im Luftzylinder 124 zurück- bzw. eingezogen wird. Die Tellerfedern 147 werden entlastet und sind dadurch in der Lage, in ihren Normalzustand zurückzufedern, in dem sie noch eine mäßige Federkraft aufbringen. Dadurch wird der Spindelschaft 144 nach oben bewegt und zieht die Spannzangensegmente 149A in die kleinere zylindrische Bohrung 150 zurück, wo sie nach innen gezogen werden und sich an den Umfang des Kopfstückes des Werkzeughalters 152 eng anlegen. In ihrer Rückkehrbewegung werden die Spannzangensegmente 149A durch ihre eigene Außengestalt und durch die Schrägfläche 150A geführt.

Ein weiteres Merkmal des Werkzeugsupportes 120 besteht in der Eingliederung einer Scheibenbremse 160, die zum raschen Anhalten der Spindel 122 im Notfall mit einer an der Spindelkupplung 143 befestigten Scheibe 161 zusammenwirkt. Wie weiter oben beschrieben, wird durch das Abschalten des Antriebsmotors 121 die Verzögerung der Spindel 122 eingeleitet, und,wenn die Drehzahl genügend niedrig ist, fährt der Stößel 92 des Zylinders 91 in seine Endstellung aus. Jedoch ist die Zeit, die bei diesem Verfahren abläuft, bis die Spindel 122 zum völligen Stillstand kommt, nicht akzeptabel, wenn im Notfall ein rasches Abbremsen notwendig ist. Die Scheibenbremse 160 und die Scheibe 161 sind gleichermaßen auf die Ausführungsform gemäß Fig. 9 anwendbar. Eine geeignete Scheibenbremse ist das Modell PlOSAF der Firma Tol-0-Matic, Minneapolis, Minnesota (USA). .

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Weiter oben ist schon erwähnt worden, daß Fig. 11 die Ausführungsform zeigt, die hinsichtlich der zur Durchführung der Erfindung verwendeten Lagerführungen beispielhaft ist. Die spezielle Konstruktion der in Fig. 11 dargestellten Lagerführungen macht jedoch eine etwas verschiedene Ausbildung des Gestells für den Werkzeugsupport notwendig. Das in Fig. 11 dargestellte Gestellelement 165 hat zwei einander gegenüber angeordnete und nach außen sich erstreckende Flansche 166 und 167, die mehr zur Vorderseite der Fräsmaschine 20 hin angeordnet sind als die Flansche 25a und 25b der Ausführungsform gemäß Fig. 5. Zwischen dem zugehörigen Flansch 166 bzw. 167 und einer Tragplatte 170 bzw. 171 ist je eine Lagerführung 168 bzw. 169 durch Schrauben in Stellung gehalten. Die Tragplatten 170 und 171 sind an nach außen sich erstreckenden Armen 29 befestigt.

Die Lagebeziehung zwischen dem Werkzeugsupport 120 bzw. der Spindelachse P' und den Armen 29 ist aus der Ausführungsform gemäß Fig. 5 für die in Fig. 11 dargestellte Ausführungsform übernommen worden. Allerdings schneidet die vertikale Ebene, welche durch die Spindelachse P¹ geht und zur Vertikalverstellungsebene des Werkzeugsupports 120 parallel ist, die Lagerführungen 168 und 169 an der äußersten Berührungslinie zwischen dem Laufbahnabschnitt und der UmIaufführung. Die gegenüber den Lagerführungen 39 vergrößerte Dicke der Lagerführungen 168 und 169 wird durch die Lage der' Flansche 166 und 167 ausgeglichen. Der Breitenunterschied zwischen den beiden Lagerführungs-Ausbildungsformen wird durch die Tragplatten 170 und 171 ausgeglichen. Jede der Lagerführungen und 169 hat eine Umlaufführung 168A bzw. 169A und ein Laufbahnelement 168B bzw. 169B. Diese Lagerführungs-Typen sind aus den US-PSen 3 897 982 und 3 938 854 bekannt, auf die hiermit verwiesen wird. Derartige Lagerführungen werden im Handel von der THK Company Ltd., Tokio (Japan) angeboten. Für die hier beschriebene Anwendung eignet sich das Modell NSR 40BA-XXX; in dieser Modellbezeichnung sind die drei "X"

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durch die numerische Angabe der gewünschten Laufbahnlänge in Millimeter zu ersetzen. Wenngleich bei der aus der US-PS 3 897 982 bekannten Konstruktion ein einziges Laufbahnelement und eine einzige Umlaufführung vorgesehen sind, weist die dargestellte Fräsmaschine 20 zwei Umlaufführungen auf, die an jedem Laufbahnelement laufen. Die beiden UmIaufführungen sind mit Zwischenabstand angeordnet und sichern ein sehr hohes Maß an Starrheit, Stabilität und Ruckfreiheit der Bewegungen.

Wenngleich die beschriebenen verschiedenen Beispiele nur einen einzigen Motor und eine einzige Spindel aufweisen, sind die Lösungsgedanken mit den demontierbaren Kugel-Lagerführungen für den Werkzeugsupport und der direkten gleichachsigen Verbindung zwischen der hohlen Spindel und ihrem Antriebsmotor grundsätzlich in gleichem Maße auf Mehrspindel-Fräsmaschinen anwendbar. Bei derartigen Mehrspindelmaschinen wäre die Breite des C-förmigen Maschinengestells notwendigerweise größer und an einer entsprechend erhöhten Zahl von nach außen sich erstreckenden Armen 29 könnten mehrere Werkzeugsupporte angeordnet sein. In ähnlicher Weise sind einige der hier beschriebenen Merkmale gleichermaßen auf Fräsmaschinen verschiedener Typen oder auf andere Fräsoperationen als bei den herkömmlichen Ständer-Konsol-Fräsmaschinen anwendbar. Beispielsweise sind die Konstruktionsprinzipien der demontierbaren Kugel-Führung und des direkten gleichachsigen Antriebs praktisch ohne Änderung der beschriebenen Ausführungsform zum Fräsen in Transferstationen, zum Pendelfräsen und zum Fräsen von Werkstückgruppen in einer Aufspannung verwendbar.

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Claims (21)

Z>R.-I?G. FRANZ "TUETHt'FF PATENTANWÄLTE . Λ PK. PHH . FREDA TJtSThOFF (1917-I9S6) WUESTHOFF-v.PECHMANN-BEHRENS-GOETZ d,,,_,ng.gerham> puls (,,,a-.,7,) DIPL.-CHEM.DR. E. FREIHERR VON PECHMANN PROFESSIONAL REPRESENTATIVES BEFORE THE EUROPEAN PATENT OFPICE DR.-ING. DIETER BEHRENS MANDATAIRES ACKtis PRfes l'oFFICE EUROPEEN DES BREVETS DIPL.-ING.; DIPL.-t7IRTSCH.-ING. RUPERT GOETZ D-8000 MÜNCHEN 1A-54 055 SCHWEIGERSTRASSE 2 telefon: (089) 66 20 51 telegramm: protectpatent telex: 124070 Patentansprüche

1.1 Ausstoßvorrichtung für über eine Spindel angetriebene Werkzeughalter und Werkzeugausrüstungen, g e k e η η zeichnet durch
ein Zylindergehäuse (132),

einen im Zylindergehäuse (132) angeordneten Zylinderkolben (131), der abhängig von im Zylindergehäuse (132) wirkenden Druckkräften aus- und einfahrbar ist, eine Spindel-Baugruppe, deren proximales Ende mit einer Motorabtriebswelle (129) verbindbar ist, und eine federbelastete Werkzeug-Spannzangen-Baugruppe (125), die in der Spindel-Baugruppe angeordnet und abhängig von den Zylinderkolbenbewegungen bewegbar ist, wobei das distale Ende der Spindel-Baugruppe mit der Werkzeug-Spannzangen-Baugruppe (125) zusammenwirkt, um Werkzeuge (152) abwechselnd festzuhalten und freizugeben.

2. Ausstoßvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß der Zylinderkolben (131) ein hohles zylindrisches Mittelteil (Nabe 131A) und einen umgebenden kreisringförmigen Flansch (131B) aufweist.

3. Ausstoßvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß das Zylindergehäuse (132) einen ersten kreisringförmigen Ring und einen daran befestigten zweiten kreisringförmigen Ring aufweist, die beide so gestaltet sind, daß sie zwischen sich eine kreisringförmige Nut bilden, in welcher der Flansch (131B) angeordnet ist.

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St) §¥o

4. Ausstoßvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß das Zylindergehäuse (132) und der Zylinderkolben (131) so ausgelegt sind, daß sie einen doppeltwirkenden Luftzylinder (124) bilden.

5. Ausstoßvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß das Zylindergehäuse (132) eine kreisringförmige Nut und beiderseits derselben Einlaß/-Auslaßkanäle (130,134) aufweist, und daß der Zylinderkolben (131) ein Mittelteil (Nabe 131A) und einen umgebenden kreisringförmigen Flansch (131B) hat, wobei der Flansch (131B) in der kreisringförmigen Nut angeordnet und darin abhängig von einem Luftdruckunterschied zwischen seinen entgegengesetzten Seiten bewegbar ist.

6. Ausstoßvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Spindel-Baugruppe eine hohle Spindel (122) und eine proximale hohle Kupplung (143) aufweist, die zum Übertragen von Drehbewegung auf die Spindel (122) diese mit der Motorabtriebswelle (129) verbindet, wobei das distale Ende der Spindel-Baugruppe einen ersten Abschnitt hat, der eine erste zylindrische Bohrung (150) bildet, und einen zweiten Abschnitt, der eine sich an das Ende der Bohrung (150) anschließende größere zylindrische Bohrung (151) bildet.

7. Ausstoßvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet , daß die Werkzeug-Spannzangen-Baugruppe (125) einen in der hohlen Spindel (122) konzentrisch angeordneten Spindelschaft (144) und eine Feder aufweist, die in der Spindel (122) angeordnet ist und den Spindelschaft (144) umschlingt.

8. Ausstoßvorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet , daß die Werkzeug-Spannzangen-Baugruppe (125) eine Werkzeugspannzange (149) aufweist, die

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am distalen Ende des Spindelschaftes (144) befestigt i Segmente (149A) aufweist und abhängig von der Zylinderkolbenbewegung zwischen einer Werkzeugspannstellung, in der die Spannzangensegmente (149A) in der ersten zylindrischen Bohrung (151) angeordnet sind, und einer Werkzeugfreigabestellung bewegbar ist, in der die Spannzangensegmente (149A) in der größeren zylindrischen Bohrung (151) angeordnet sind.

9. Ausstoßvorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet , daß die Feder von einem längsgerichteten Stapel Tellerfedern (147) gebildet ist, und daß die Spannzangensegmente (149A), wenn sie in der ersten zylindrischen Bohrung (150) angeordnet sind, durch Federkraft nach innen vorgespannt sind.

10. Werkzeuglösevorrichtung für Fräsmaschinen u.dgl., gekennzeichnet durch einen doppeltwirkenden kreisringförmigen Luftzylinder (124) mit einem Zylindergehäuse (132) und einem beweglichen Zylinderkolben (131),

eine Werkzeug-Spindel (122), die mit einer Motorabtriebswelle (129) verbindbar ist, und

eine federbelastete Werkzeug-Spannzangen-Baugruppe (125), die in der Werkzeug-Spindel (122) angeordnet und abhängig von der Zylinderkolbenbewegung zwischen einer Werkzeugspannstellung und einer Werkzeugfreigabestellung bewegbar ist.

11. Werkzeuglösevorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet , daß das Zylindergehäuse (132) ein oberes und ein unteres kreisringförmiges Bauteil aufweist, die im Zusammenwirken miteinander zwischen sich eine kreisringförmige Nut bilden, und daß der Zylinderkolben (131) eine hohle zentrale Nabe (131A) und einen in der Nut angeordneten umgebenden kreisringförmigen Flansch (131B) hat.

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12. Werkzeuglösevorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet , daß die Werkzeug-Spannzangen-Baugruppe (125) eine Werkzeugspannzange (149) mit mehreren Spannzangensegmenten (149A) hat und die Werkzeugspindel-Baugruppe eine Werkzeugspindel (122) mit einer ersten zylindrischen Bohrung (150) und einer zweiten, größeren zylindrischen Bohrung (151) aufweist, die sich an das distale Ende der ersten Bohrung (150) anschließt, wobei die Spannzangensegmente (149A), wenn sie in die erste Bohrung (150) hineingezogen werden, durch Federkraft nach innen vorgespannt werden und, wenn sie in der zweiten Bohrung (151) angeordnet sind, nach außen freigegeben werden.

13. Werkzeuglösevorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet , daß die Werkzeug-Spannzangen-Baugruppe (125) einen längsgerichteten Stapel Tellerfedern (147) und einen zu diesen konzentrischen Spindelschaft (144) aufweist, der mit der Werkzeugspannzange (149) verbunden ist.

14. Werkzeuglösevorrichtung, die dem Spindelantriebsmotor einer Fräsmaschine u.dgl. zugeordnet ist, g e k e η η zeichnet durch

eine pneumatische Betätigungsvorrichtung (Luftzylinder 124), die kreisringförmig um die Abtriebswelle (129) des Spindelantriebsmotors (121) angeordnet ist,

eine mit der Abtriebswelle (129) verbundene Werkzeug- · spindel (122) und

eine in der Werkzeugspindel (122) angeordnete Werkzeugspannzange (149), die abhängig von den Bewegungen der Betätigungsvorrichtung (124) zwischen einer Werkzeugspann- und einer Werkzeugfreigabestellung bewegbar ist.

15. Werkzeuglösevorrichtung nach Anspruch 14, gekennzeichnet durch

eine hohle zylindrische Kupplung (143), die an einem Ende der Werkzeugspindel (122) befestigt und an der Abtriebswelle (129) befestigbar ist,

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einen in der Werkzeugspindel (122) angeordneten Spindelschaft (144),

eine um den Spindelschaft (144) herum gestapelte Gruppe von Tellerfedern (147),

eine Lösestange (140), die an einem Ende des Spindelschaftes (144) anliegt und zusammen mit der Abtriebswelle (129) drehbar und abhängig von den Bewegungen der Betätigungsvorrichtung (124) in Längsrichtung verstellbar ist, und

eine am anderen, entgegengesetzten Ende des Spindelschaftes (144) befestigte Werkzeugspannzange (149) mit mehreren Spannzangensegmenten (149A).

16. Drei-Achsen-Fräsmaschine, gekennzeichnet durch

ein C-Gestell (22) mit einer Basis (23), einem vertikalen Ständer und einem freitragenden oberen Abschnitt (24),

drei Antriebsvorrichtungen (65,65a,65b) mit je einem feststehenden und einem beweglichen Bauteil, die je einer verschiedenen der drei Achsen (X,Y,Z) zugeordnet sind,

einen Werkzeugsupport (120) mit einer eingebauten druckluftbetätigten Werkzeugausstoßvorrichtung (123) und

zwei Lagerführungen (168,169), die am oberen Abschnitt (24) beiderseits des Werkzeugsupports (120) befestigt sind und mit einer der Antriebsvorrichtungen (65) zusammenwirken, um den Werkzeugsupport (120) vertikal zu verstellen.

17. Fräsmaschine nach Anspruch 16, dadurch g e k e η η zeichnet , daß die Werkzeugausstoßvorrichtung (123) einen kreisringförmigen doppeltwirkenden Luftzylinder (124) und eine federbelastete Werkzeug-Spannzangen-Baugruppe (125) aufweist.

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18. Fräsmaschine nach Anspruch 17, dadurch g e k e η η zeichnet , daß sie einen Antriebsmotor (121) mit einer Abtriebswelle (129) hat und der doppeltwirkende Luftzylinder (124) konzentrisch um die Abtriebswelle (129) herum angeordnet ist.

19. Fräsmaschine nach Anspruch 16, dadurch g e k e η η zeichnet , daß der freitragende obere Abschnitt (24) mit zwei einander gegenüber angeordneten, sich nach außen erstreckenden Armen (29) und dazwischen einer Vertiefung (30) ausgebildet ist und der Werkzeugsupport (120) vollständig zwischen den Armen (29) und zum Teil in der Vertiefung (30) angeordnet ist.

20. Fräsmaschine nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet , daß jede Lagerführung (168,169) ein Laufbahnelement (168B,169B) und eine Umlaufführung (168A.169A) aufweist, wobei die Laufbahnelemente (168B,169B) an den Armen (29) und die UmIaufführungen (168A,169A) am Werkzeugsupport (120) befestigt sind.

21. Fräsmaschine nach Anspruch 20, dadurch g e k e η η zeichnet , daß die Drehachse des Antriebsmotors (121) in einer vertikalen Ebene angeordnet ist, die zum vertikalen Weg des Werkzeugsupports (120) zumindest annähernd parallel ist und durch jede der beiden Lagerführungen (168,169) geht.

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