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des Anspruchs 1.
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Bei dieser bekannten Einrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs
1 (DE-OS 27 11 162) ist die Traghülse direkt im Frässpindelstock mittels Gleitlagern
drehbar und axial verschiebbar gelagert. Dies hat bezüglich der erreichbaren Zentriergenauigkeit
der Werkzeugaufnahmevorrichtung gegenüber dem Frässpindelstock erhebliche Nachteile.
Die Gleitlager im Frässpindelstock lassen sich nämlich nur auf Bohrwerken bearbeiten,
mit denen keine so hohe Präzision erreichbar ist wie bei einer Rundbearbeitung auf
Dreh- und Schleifmaschinen. Weiterhin müssen bei der Bearbeitung bereits Wärmeausdehnungen
berücksichtigt werden, die teils durch Lagerreibung in den Lagern der Frässpindeln
und teils auch durch die bei der Zerspanung entstehende Wärme entstehen. Das außenliegende
Gehäuse des Frässpindelstockes dehnt sich in der Regel weniger stark aus als die
innenliegende Traghülse, so daß von Anfang an zwischen Traghülse und Frässpindelstock
ein entsprechend großes Spiel vorhanden sein muß. Dieses Spiel wirkt sich insbesondere
beim unteren Radiallager der Traghülse aus, wenn beide Teile noch kalt sind.
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Gleichgültig, wie genau die Werkzeugaufnahmevorrichtung gegenüber
dem Befestigungsflansch zentriert worden ist, fehlt eine exakte Zentrierung zwischen
der Traghülse und dem Frässpindelstock. Auch wenn beide Teile wieder durch die Spannelemente
fest miteinander verspannt sind, fehlt die exakte Zentrierung. Es können sich dann
zwar beide Teile nicht mehr radial gegeneinander verschieben, jedoch fehlt die exakte
Zentrierung, da im Moment des Aufeinanderpressens der dem Frässpindelstock zugekehrten
Stützfläche des Befestigungsflansches an die Stirnfläche des Frässpindelstockes
keine exakte Zentrierung der Traghülse gegenüber dem Frässpindelstock vorhanden
ist. Würde man die Gleitlager des Frässpindelstockes so bearbeiten, daß die Traghülse
in kaltem Zustand genau hineinpaßt, dann würde sie sich in erwärmtem Zustand nicht
mehr drehen oder axial bewegen lassen. Wegen Fehlens einer ausreichenden Zentrierung
wäre auch eine Bearbeitung eines - Werkstückes bei gelösten Spannelementen unter
geregelter Verschwenkung der Traghülsen nicht möglich.
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Abgesehen davon kann die Traghülse bei der vorbekannten Einrichtung
auch nur dann verschwenkt werden, wenn die Frässpindel nicht benötigt wird. Der
Antrieb der Frässpindel erfolgt nämlich genauso wie der Antrieb derTraghülse durch
das gleiche Organ.
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Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung
zum Verschwenken einer Werkzeugaufnahmevorrichtung, insbesondere eines Winkelfräskopfes,
am freien (unteren) Ende eines Frässpindelstok-
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kes der im Oberbegriff des Anspruchs 1 erwähnten Art zu schaffen,
bei welcher die Zentriergenauigkeit zwischen Traghülse und dem Frässpindelstock
wesentlich erhöht ist, so daß auch bei gelösten Spannelementen und geregelter Verschwenkung
der Traghülse zusammen mit der Werkzeugaufnahmevorrichtung in jeder beliebigen Winkellage
gearbeitet werden kann.
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Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst.
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Durch die Verwendung einer Lagerhülse kann rein herstellungsmäßig
bereits die Zentriergenauigkeit erhöht werden. Die für die Lagerung der Traghülse
in der Lagerhülse erforderlichen Lager können nämlich durch Rundbearbeitung auf
Drehmaschinen und Schleifmaschinen mit höchster Genauigkeit bearbeitet werden.
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Lagerhülse und Traghülse bilden sozusagen eine genau aufeinanderpassende
Baueinheit, die nach vollständiger Bearbeitung in den Frässpindelstock eingebaut
wird.
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Von entscheidender Bedeutung für die Zentriergenauigkeit und damit
auch die erreichbare Bearbeitungdgenauigkeit ist jedoch die konische Gleitlagerfläche
am unteren Ende der Lagerhülse, welche mit dem konischen Lagerzapfen der Traghülse
zusammenwirkt. Durch die konische Ausgestaltung dieser Teile kann unabhängig von
unterschiedlichen Wärmeausdehnungen die Traghülse stets spielfrei in der Lagerhülse
gelagert werden.
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Es wird damit sowohl bei fest zusammengespannten Teilen als auch bei
gelöster Traghülse eine höchste Zentriergenauigkeit zwischen diesen beiden Teilen
und damit auch der Werkzeugaufnahmevorrichtung gegenüber der Frässpindelachse erreicht.
Desweiteren ist es möglich, dank der hohen Zentriergenauigkeit und der Verwendung
eines separaten Stellmotors für die Lagerhülse mit gelöster Traghülse zu arbeiten.
Durch die Möglichkeit, die Werkzeugaufnahmevorrichtung während der Bearbeitung um
die Frässpindelachse zu schwenken, kann auch die Werkzeugaufnahmevorrichtung einfacher
und kompakter gestaltet werden. Als Werkzeugaufnahmevorrichtung gibt es nämlich
sogenannte Vorsatzköpfe, die anstelle eines Winkelfräskopfes bisher an der Bodenplatte
des Frässpindelstockes befestigt wurden. Diese Vorsatzköpfe waren so ausgestaltet,
daß das Werkzeug um eine zur Frässpindelachse koaxiale Achse und zusätzlich noch
um eine horizontale Achse verschwenkt werden konnte, so daß mit diesen beiden rotatorischen
Verstellachsen und drei weiteren linearen Verstellachsen der Fräsmaschine Fräsoperationen
in drei Dimensionen im NC-Betrieb möglich waren.
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Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung der Vorrichtung kann die
Schwenklagerung um eine zur Frässpindelachse koaxiale Achse im Vorsatzkopf entfallen.
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Weiterhin ist hervorzuheben, daß durch die Vermeidung einer Axialbewegung
zwischen Werkzeugaufnahmevorrichtung und Frässpindelstock während des Verschwenkens
das Einbringen von Schmutz, Spänen usw.
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und die damit verbundenen Probleme vermieden werden.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen
gekennzeichnet.
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Die Erfindung ist im folgenden, anhand von in der Zeichnung dargestellten
Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigt F i g. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel
im Axialschnitt, F i g. 2 einen Teilaxialschnitt eines zweiten Ausführungsbeispiels,
Fig.3 einen Teilaxialschnitt eines dritten Ausführungsbeispiels.
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Der meist vertikal verschiebbare Frässpindelstock 1 weist eine Bohrung
2 auf, in welche eine Lagerbüchse 3 eingeschoben und mittels der Schrauben 4 befestigt
ist.
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Die langgestreckte Lagerbüchse 3 weist an ihrem freien unteren Ende
eine konische Aufnahme 5 auf, die als Gleitlager ausgebildet ist. Ferner ist die
Lagerbüchse 3 an ihrem oberen Ende mit einem Radialgleitlager 6 und einem Axialgleitlager
7 ausgestattet. Alle diese Gleitlager 5,6 und 7 sind zweckmäßig als hydrostatische
Gleitlager ausgebildet.
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In der Lagerbüchse 3 ist eine Traghülse 8 um die Spindelachse A mittels
des Radiallagers 6 und des Axiallagers 7 drehbar gelagert. Die Traghülse 8 weist
an ihrem freien unteren Ende einen Befestigungsflansch 9 auf. Nach oben anschließend
an diesen Befestigungsflansch ist ein Zentrierkonus 10 vorgesehen, der in die konische
Aufnahme 5 paßt und zusammen mit dieser ein weiteres hydrostatisches Gleitlager
bildet. An dem Befestigungsflansch 9 können verschiedene Werkzeugaufnahmevorrichtungen,
wie z. B. der in der Zeichnung dargestellte Winkelfräskopf 11, ein in der Beschreibungseinleitung
erwähnter Vorsatzkopf oder auch das weiter unten noch näher beschriebene Vorsatzlager,
befestigt werden. Die Befestigung kann in bekannter Weise durch hydraulisch angetriebene
Spannbolzen 12 erfolgen, die hammerförmige Köpfe 12a aufweisen.
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Die Traghülse 8 dient ferner zur Lagerung der Frässpindel 13.
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Mit dem dem Winkelfräskopf 11 abgekehrten oberen Ende 8a der Traghülse
8 ist eine Stützscheibe 14 mittels der Schrauben 15 fest verbunden. Diese Stützscheibe
14 bildet zusammen mit dem oberen Ende 3a der Lagerbüchse 3 das hydrostatische Axialgleitlager
7. Das Lagerspiel dieses Axialgleitlagers 7 wird dadurch eingestellt, daß zwischen
der Stützscheibe 14 und dem oberen Ende 8a der Traghülse 8 ein Abstimmring 16 aus
Blechfolie entsprechender Dicke eingelegt wird. Dabei erfolgt die Einstellung in
axialer Richtung gleichzeitig auch so, daß zwischen dem Befestigungsflansch 9 der
Traghülse 8 und der unteren Stirnseite 3b der Lagerbüchse 3 ein minimales Spiel
von ca. 0,01-0,02 mm bleibt.
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Zum Verschwenken der Traghülse 8 ist mit der Stützscheibe 14 ein
Zahnkranz 17 verbunden, welcher mit einem Ritzel 18 in Eingriff steht, das über
ein Getriebe 19 von einem Stellmotor 20 angetrieben wird. Dieser Stellmotor 20 kann
durch eine Meßsteuerung oder eine NC-Steuerung gesteuert werden. Zur Anzeige der
jeweiligen Winkellage kann zu diesem Zweck an dem Zahnkranz 17 ein bei NC-Steuerungen
gebräuchlicher Rundinductosyn (Rundmaßstab) befestigt werden. Außerdem ist es denkbar,
für weniger hohe Genauigkeitsanforderungen Meßgetriebe mit Resolvern an der Antriebsseite
für die Drehbewegung um die Frässpindelachse A anzuordnen.
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In dem oberen Ende 3a der Lagerbüchse 3 sind ferner mehrere Zylinderbohrungen
21 vorgesehen, in welchen als Spannelemente je ein Spannkolben 22 angeordnet ist.
Die Spannkolben 22 wirken auf die Stützscheibe 14 ein.
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Um eine stabile Lagerung der Traghülse 8 in der Lagerbüchse 3 zu
erreichen, ist es zweckmäßig, wenn die axiale Länge L der Traghülse 8 mindestens
so groß ist wie der Durchmesser D ihres Befestigungsflansches 9.
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Wie bereits oben erwähnt wurde, ist es wichtig, daß der Zentrierkonus
10 unter Zwischenschaltung eines dünnen ölfilm in ständiger Anlage an der konischen
Aufnahme 5 gehalten wird. Um die Steifigkeit der Verbindung zwischen Traghülse 8
und Lagerbüchse 3 noch
zu erhöhen, kann man den Befestigungsflansch
9 auch noch so ausgestalten, daß seine obere Fläche 9a an der unteren Stirnfläche
3b der Lagerbüchse anliegt, wenn unter Wirkung der Spannelemente 22 der Zentrierkonus
10 an die Aufnahme 5 angepreßt wird. Diese gleichzeitige Anlage vom Zentrierkonus
10 an der Aufnahme 5 und der beiden Flächen 3b, 9a läßt sich dadurch erreichen,
daß man bei der erstmaligen Montage der Teile in den Raum zwischen den Flächen 9a
und 3b eine aushärtende Kunststoffmasse einbringt (Abformtechnik).
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Die Wirkungsweise der bisher beschriebenen Vorrichtung ist folgende:
Durch enge Spielbemessung in axialer Richtung und auch die Verwendung einer hydrostatischen
Gleitlagerung läßt sich erreichen, daß der Zentrierkonus 10 unter Zwischenschaltung
eines verhältnismäßig dünnen Ölfilms spielfrei in der Aufnahme 5 gehalten wird.
Dank der hydrostatischen Gleitlagerung läßt sich die Traghülse 8 mit dem daran befestigten
Winkelfräskopf 11 mittels des von der NC-Steuerung angesteuerten Stellmotors 20
während der Bearbeitung in jede durch die Bearbeitungsaufgabe erforderliche vorbestimmte
Winkelstellung verschwenken. Die praktisch spielfreie Lagerung der verhältnismäßig
langen Traghülse 8 in der Lagerbüchse 3 gewährleistet dabei eine sichere Verbindung
zwischen beiden Teilen. Ist ein Verschwenken des Winkelfräskopfes 11 während der
Bearbeitung nicht erforderlich, dann wird der Winkelfräskopf 11 durch Verschwenken
der Traghülse 8 mittels des Stellmotors 20 in die gewünschte Winkellage gebracht,
und es werden dann die Spannkolben 22 betätigt und an die Stützscheibe 14 angepreßt.
Hierdurch wird die Dicke des zwischen dem Zentrierkonus 10 und der Aufnahmebohrung
5 normalerweise vorhandenen dünnen Ölfilms noch weiter verringert, und gleichzeitig
wird auch die obere Fläche 9a des Befestigungsflansches 9 an die untere Stirnfläche
3b der Lagerbüchse 3 angepreßt. Es erfolgt damit eine zusätzliche Abstützung des
Befestigungsflansches 9 auf einem verhältnismäßig großen Durchmesser D. Damit wird
eine hohe Steifigkeit det Verbindung zwischen Frässpindelstock 1 und Winkelfräskopf
11 erreicht.
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Man kann, wie es in F i g. 2 der Zeichnung dargestellt ist, an der
Lagerbüchse 3 oder gegebenenfalls auch am unteren freien Ende des Frässpindelstockes
1 mehrere hydraulisch wirkende Spannkolben 23 vorsehen, die mit einem Spannbolzen
24 in eine im Befestigungsflansch 9' vorgesehene Ringnut 25 eingreifen. Diese Spannkolben
23 können, wenn es die Platzverhältnisse zulassen, anstelle der in F i g. 1 dargestellten,
obenliegenden Spannkolben 22 vorgesehen sein. Sie erfüllen dann die gleiche Funktion
wie diese. Man kann sie aber auch zusätzlich zu den oberen Spannkolben vorsehen,
um für Schrupparbeiten eine noch bessere Verbindung der Traghülse 9' mit dem Frässpindelstock
1 herbeizuführen.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann nicht nur zum Anbau von Winkelfräsköpfen
oder Vorsatzfräsköpfen verwendet werden, sondern auch für sogenannte Vorsatzlager,
die dort zur Anwendung kommen, wo tiefliegende Werkstückpartien zu bearbeiten sind
und der Querschnitt des Frässpindelschlittens für Eintaucharbeiten zu groß ist.
Bei diesen Vorsatzlagern handelt es sich um ein rohrförmiges Gehäuse, welches an
seinem oberen Ende einen Flansch aufweist, der bisher an der Bodenplatte des Frässpindelschlittens
befestigt wurde.
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Am unteren Ende des rohrförmigen Gehäuses ist eine Aufnahme für den
Fräser vorgesehen, der koaxial zur Frässpindel angeordnet ist. Bisher haben die
Gehäuse derartiger Vorsatzlager einen kreisrunden Querschnitt.
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Verwendet man die erfindungsgemäße Vorrichtung, so kann man das Vorsatzlager
an dem Befestigungsflansch 9 der Traghülse 8 befestigen. Da die Traghülse 8 jederzeit
in jede beliebige Winkellage geschwenkt werden kann, ist es nunmehr möglich, das
Gehäuse des Vorsatzlagers exzentrisch auszubilden und an der der Eingriffsstelle
des Fräsers abgekehrten Seite wesentlich zu verstärken.
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Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Vorrichtung ergibt sich
dann, wenn eine hydrostatische Lagerung verwendet wird. Den hydrostatischen Gleitlagern
muß nämlich ständig Öl unter Druck zugeführt werden, da durch den Lagerspalt ständig
Öl abfließt. Dieses abfließende Öl nimmt die Wärme der Frässpindellagerung auf und
dient damit zu einer ständigen Wärmeabfuhr.
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Zur Erzielung besonders hoher Indexiergenauigkeit in den 900 -Lagen
ist es auch möglich, zusätzlich eine Indexiervorrichtung vorzusehen, ähnlich wie
sie in der DE-PS 2949 709 gezeigt ist. Zu diesem Zweck ist an dem freien unteren
Ende der Lagerbüchse 3 oder auch des Frässpindelschlittens mindestens ein Gehäuse
27 mit einem darin verschiebbar gelagerten Schieber 26 befestigt. Vorzugsweise sind
jedoch vier gleichartige, um 90" in Umfangsrichtung zueinander versetzte Gehäuse
27 mit darin angeordneten Schiebern 26 vorgesehen. Jeder dieser Schieber 26 ist
entlang von Führungsbahnen 28 verschiebbar, die gegenüber der Frässpindelachse A
geringfügig in Umfangsrichtung geneigt sind.
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Zweckmäßig ist hierbei der Schieber 26 zylindrisch ausgebildet, und
die Führungsbahn 28 wird durch eine Bohrung im Gehäuse 27 gebildet, deren Achse
a gegenüber der Frässpindelachse um einen kleinen Winkel in Umfangsrichtung geneigt
ist. Die Neigung ist derart, daß die Achse a gemäß F i g. 3 gegenüber der Zeichnungsebene
etwas geneigt verläuft, wenn die Frässpindelachse A in der Zeichnungsebene liegt.
Die Neigung kann beispielsweise 1:100 betragen, so daß der Neigungswinkel der Achse
a gegenüber der Zeichnungsebene etwa 35 Minuten beträgt. In Abwandlung zu der in
der DE-PS 2949 709 offenbarten Ausführung hat der Schieber 26 am unteren freien
Ende einen nutensteinförmigen Ansatz 29, dessen beide, in etwa radial zur Frässpindelachse
A orientierte Anlageflächen 29a parallel zur Frässpindelachse verlaufen.
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Im Befestigungsflansch 9 der Traghülse 8 sind vier um 90" in Umfangsrichtung
zueinander versetzte Nutenstücke 35 sehr präzise in ihrer 90°-Winkellage angeordnet
und fest mit dem Befestigungsflansch 9 verbunden.
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Jedes Nutenstück 35 weist eine radial zur Frässpindelachse verlaufende
Nut 36 auf, in welche der Ansatz 29 paßt. Wenn die Traghülse 9 über die NC-Steuerung
in eine ihrer Grundkoordinatenpositionen gedreht wird, kann der Ansatz 29 durch
Verschiebung des Schiebers 26 nach unten in eine der Nuten 36 eingeschoben werden.
Die Verstellung des Schiebers 26 in axialer Richtung erfolgt durch wahlweise Beaufschlagung
der Kolben 30,31,37. Je nachdem, welcher Kolben beaufschlagt wird, kann der Schieber
26 drei verschiedene, genau definierte Höhenstellungen einnehmen. Der Ansatz 29
taucht dabei verschieden tief in die Nut 36 ein. Ist die Achse a unter einem Winkel
von 35 Minuten gegenüber der Zeichnungsebene geneigt, so bewirkt eine Höhenverstellung
des Schiebers 26 um einen bestimmten Verstellweg in Achsrichtung eine Verstellung
des Befestigungsflansches 9 in Umfangsrichtung, die genau einhundertmal kleiner
ist. Damit der Ansatz 29 vollständig aus der Nut 36 heraustreten kann und die Traghülse
8 gegenüber der Lagerhülse 3 ungehindert verdreht werden
kann, wird
nur die unter Ringfläche 30a des Kolbens 30 mit Druck beaufschlagt. Der Kolben 30
fährt dann so weit nach oben, bis der Kolben 31 am unteren Ende der Führungshülse
32 anschlägt. Durch die Kolbenstange 33 wird der Näherungsschalter 34 betätigt,
der dann das Signal »Traghülse 8 frei zum Schwenken« gibt. Die den Kolben 30, 31,
37 zugeordneten Zylinderräume der vier um 90" zueinander versetzten Gehäuse 27 sind
über nicht dargestellte hydraulische Leitungen so miteinander gekoppelt, daß in
allen vier Gehäusen 27 jeweils die gleichen Kolben beaufschlagt werden.
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