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Beschreibung
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Die Erfindung betrifft einen Bohr- und Fräskopf der im Oberbegriff
des Anspruchs 1 angegebenen Gattung.
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Ein solcher Kopf dient insbesondere bei großen Bohr- und Fräsmaschinen
zur raschen und genauen Durchführung einer Vielzahl von verschiedenen Bearbeitungsvorgängen
und ist beispielsweise aus der DE-AS 23 05 133 bekannt. Dort ist ein mit drei Werkzeugen
bestückbarer Kopf innerhalb eines Zylinders so angeordnet, daß die Führungswellen
für die Werkzeuge axial in ihre Arbeitsstellungen verschoben werden können. Diese
Verschiebung erfolgt durch die axiale Bewegung einer Antriebswelle, die mit der
jeweiligen Führungswelle über eine Schraubkupplung kraftschlüssig verbunden wird.
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Bei dem bekannten Bohrkopf werden die Werkzeuge zusammen mit ihren
Antriebswellen innerhalb des Zylinders in ihre Arbeitsstellungen verschoben. Es
ist jedoch schwierig, wenn nicht technisch unmöglich, bei erwünschten Drehzahlen
von beispielsweise 15 000 UpM und mehr ein Lager zu finden, das sowohl Radialkräfte,
als auch Axialkräfte aufnimmt.
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Der bekannte Kopf ist also schon aus Gründen der Lagerung auf niedrige
Drehzahlen bis ca. 5 000 UpM beschränkt.
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Insbesondere für die Holzbearbeitung werden hohe Drehzahlen des Bohr
- und Fräswerkzeugs benötigt. Gebohrt wird
üblicherweise bei Drehzahlen
zwischen 3 000 und 6 000 UpM, während zum Fräsen bis zu 20#000 UpM benötigt werden.
Der bekannte Bohrkopf ist somit weder für die erforderlichen hohen Drehzahlen geeignet,
noch können die beim Fräsvorgang auftretenden Seitenkräfte ohne. weiteres aufgenommen
werden.
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Weiterhin ist aus der DE-PS 13 02 431 ein Bohrkopf nach Art eines
Revolverkopfs mit 6 konzentrisch um eine Achse angeordneten Werkzeugen bekannt.
Eine in einer sogenannten Pinole gelagerte Arbeitsspindel ist in einer Führungsbohrung
im Gehäuse axial verschiebbar angeordnet. Diese Arbeitsspindel schiebt eines der
6 Werkzeuge aus dem Werkzeugmagazin heraus, wobei die kraftschlüssige Verbindung
über einen ein- und auskuppelbaren Werkzeughalter zustandekommt.
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Auch dort ist die Aufnahme der beim Fräsvorgang auftretenden Seitenkräfte,
die über den Werkzeughalter übertragen werden müssen, kaum möglich.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen kombinierten Bohr-
und Fräskopf zu schaffen, der sowohl bei niedrigen Drehzahlen bohren, als auch bei
hohen Drehzahlen fräsen und die jeweils auftretenden Kräfte, insbesondere die Seitenkräfte
aufnehmen kann. Zusätzlich soll die Verwendung von Mehrspindelköpfen ermöglicht
werden, um eine rationellere Arbeitsweise zu gewährleisten.
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Zur Lösung dieser Aufgabe wird die im Anspruch 1 angegebene Merkmalskombination
vorgeschlagen. Die Vorteile bestehen insbesondere darin, daß alle Werkzeuge mit
einem einzigen
Antriebsmotor angetrieben werden können, wobei eine
sehr stabile und präzise Führung der die Werkzeuge haltenden Trägerspindeln auf
Führungswellen in rein axialer Richtung möglich ist. Dabei ist eine sehr gute Radiallagerung,
wie sie für den Fräsvorgang notwendig ist, gewährleistet. Diese gute Radiallagerung
erlaubt auch beispielsweise den Einsatz von Winkelbauaggregaten für Stirnseitenbohrungen
senkrenkt zur Verschiebeachse der Werkzeuge.
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Weiter vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung
ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung und Erfindung sind 6 Aggregate
in einem drehbaren Trommelmagazin angeordnet, das im wesentlichen aus 2 auf einer
Zentralwelle angeordneten, im Peripheriebereich durch die Führungswellen miteinander
verbundenen Ronden besteht. Dadurch ergibt sich eine präzise und technisch einfach
zu realisierende Führungshalterung für die Aggregate.
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Eine besonders günstige Ausgestaltung der Mitnehmerkupplung, besteht
darin, daß diese aus zwei, vorzugsweise über Schraubverbindungen mit der Antriebswelle
einerseits und den Trägerspindeln andererseits verbundenen Kupplungsteilen besteht,
wobei das eine an seiner Spitze im wesentlichen kegelförmig geformt ist und das
andere eine entsprechende konische Öffnung aufweist. Zur kraftschlüssigen Verbindung
der Kupplungsteile dienen Reibelemente, die vorzugsweise als O-Ringe auf der kegelförmigen
Spitze ausgebildet sind.
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Dadurch wird der notwendige Schlupf für eine fliegende Kupplung ermöglicht.
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Es hat sich als besonders vorteilhaft erwiesen, die eigentliche Drehmomentübertragung
in der Endstellung der Kupplungsteile durch an Reibkupplungsflächen axial überstehende
elastische Reibkupplungsstücke zu bewirken, die mit hoher Kraft gegen eine Gegenfläche
des benachbarten Kupplungsteils gepreßt werden. Dabei kann eines der Kupplungsteile
als kolbenartig in einem zylindrischen Gehäuse gegen die Kraft einer Feder verschiebbares
Teil ausgebildet sein, das an seinem Ende die kegelförmige Spitze oder die entsprechende
konische Öffnung aufweist.
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Im folgenden wird die Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert.
Es zeigen Fig. 1 eine Ansicht eines Bohr- und Fräskopfes, Fig. 2 eine Seitenansicht
einer Ronde für 6 Aggregate, Fig. 3 eine Draufsicht auf die Ronde nach Fig. 2, Fig.
4 ein Schnittbild eines Aggregats mit angeschraubten Kupplungsteii, Fig. 5 ein Schnittbild
des dazugehörenden zweiten Kupplungsteils,
Fig. 6 eine Seitenansicht
der die Mitnehmerzapfen aufweisenden Seite des in Figur 6 dargestellten Kupplungsteils,
Fig. 7 einen Lagerdeckel des in Figur 4 dargestellten Aggregats.
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Der Bohr- und Fräskopf besteht im wesentlichen aus einem um eine Zentralwelle
10 drehbares Trommelmagazin 11. Die Zentralwelle 10 ist dabei in zwei Tragplatten
12,13, gelagert, die maschinenfest auf einer Grundplatte 14 angebracht sind. Das
Trommelmagazin 11 enthält zwei Ronden 15,16, die auf der Zentralwelle 10 so befestigt
sind, daß die hierdurch gebildete Trommel im wesentlichen in den Zwischenraum zwischen
den beiden Tragplatten 12,13 paßt.
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Dabei wird durch ein Zwischenstück 17 auf der Zentralwelle 10 ein
geringer Abstand zwischen der Ronde 16 und der Tragplatte 13 vorgegeben.
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Im Peripheriebereich sind die beiden Ronden 15,16 über zwölf Führungswellen
18 bis 29 miteinander verbunden, wobei in Fig. 1 zur Vereinfachung der Darstellung
lediglich die Führungswellen 18 und 25 abgebildet sind.
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Die Anordnung der #Führungswellen 18 bis 29 ist in Figur 2 zu erkennen.
Von den Führungswellen sind jeweils die Stirnflächen sichtbar. Auf je 2 Führungswellen
ist ein Bohr- oder Fräsaggregat, im folgenden Aggregat genannt, axial verschiebbar
zubar angeordnet, so daß insgesamt 6 Aggregate 30 bis 35 vorgesehen sind.
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Wie aus Fig. 1 zu ersehen ist, weisen die Führungsbohrungen der Aggregate
30,33 zur Aufnahme der Führungswellen an den beiden Bohrungsenden als Kunststoffbüchsen
ausgebildete Gleitlager 36,37 auf. Eine Trägerspindel 38 ist durch drei kombinierte
Axial- und Radiallager 39 bis 41, im folgenden Lager genannt, im Aggregat 33 gelagert.
Diese auch als Spindellager bezeichneten Lager sind für die erforderlichen hohen
Drehzahlen, vorzugsweise bis zu 30 000 UpM ausgelegt.
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Die beiden Lager 40,41 bilden eine Tandemanordnung, um die beim Fräsen
auftretenden Radialkräfte besser aufnehmen zu können. Auf der Seite der beiden Lager
40,41 ist auf der Trägerspindel 38 ein Werkzeughalter 42 zur starren Aufnahme eines
Bohr- oder Fräswerkzeugs 43 angebracht.
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Am entgegengesetzten Ende der Trägerspindel 38 ist ein Kupplungsstück
44 befestigt.
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Das Aggregat 30 sowie die übrigen Aggregate sind entsprechend aufgebaut
und werden in Zusammenhang mit den Figuren 4 und 7 noch näher beschrieben.
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Zwischen je zwei einem Aggregat zugeordneten Führungswellen sind parallel
in Richtung der Zentralwelle 10 ver-setzt sechs Führungsachsen 45 bis 50 zur Aufnahme
von Druckfedern 51,52 angeordnet. In Fig. 2 sind wiederum die Stirnseiten dieser
Führungsachsen 45 bis 50 gezeigt. Bei dem in Fig.
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1 gezeigtem Ausführungsbeispiel bestehen die Druckfedern jeweils aus
einer Säule von einzelnen Tellerfedern. Die beiden Druckfedern 51,52 stützen sich
auf der einen Seite gegen die Ronde 15 und auf der anderen Seite gegen Winkelanschläge
53,54 ab, die an den beiden Aggregaten 30,33
befestigt sind und
eine Bohrung aufweisen, durch die die Führungsachsen 45,48 hindurchragen. Das Aggregat
30 ist in seiner Ruhestellung bei nahezu entspannter Druckfeder 51 und das Aggregat
33 bei gespannter Druckfeder 52 in seiner Arbeitsstellung, bei der das Werkzeug
43 aus dem Trommelmagazin 11 herausragt, dargestellt.
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Parallel zur Tragplatte 13 ist eine Arretierungsplatte 55 angeordnet,
an der insgesamt sechs senkrecht abstehende, in die Richtung des Trommelmagazins
11 weisende Arretierungszapfen 56,57 befestigt sind, von denen zwei in Fig. l dargestellt
sind. Diese Arretierungszapfen 56,57 greifen durch entsprechende Bohrungen in der
Tragplatte 13 hindurch und sind an ihrem Ende kegelförmig. Das kegelförmige Ende
befindet sich in der Ruhestellung im Zwischenraum zwischen der Tragplatte 13 und
Ronde 16. Zwischen der Tragplatte 13 und der Arretierungsplatte 55 sind außerdem
mehrere Rückholfedern 58,59 angeordnet. Wird eine Kraft auf die Arretierungsplatte
55 in axialer Richtung ausgeübt, so verschieben sich die Arretierungszapfen 56,57
gegen die Kraft der Rückholfedern 58,59 und greifen in gehärtete Buchsen 60,61 in
der Ronde 16 ein, wodurch eine Arretierung des Trommelmagazins 11 erfolgt. Die Arretierungszapfen
56,57 sind vorzugsweise ebenfalls mit einer gehärteten Oberfläche versehen.
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Eine weitere Verrastung des Trommelmagazins 11 erfolgt durch die in
der Tragplatte 12 angeordneten federunterstützten Kugeln 62,63, von denen ebenfalls
nur zwei dargestellt sind. Die Kugeln 62,63 werden dabei in den Raststellungen in
entsprechende halbkugelförmige Ausnehmungen in der Ronde 15 gepreßt.
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Zur Drehung des Trommelmagazins 11 in seine verschiedenen Raststellungen
ist ein Stellglied 64 vorgesehen, das aus einem schwenkbar an der Grundplatte 14
befestigten Pneumatikzylinder 65 besteht, dessen Kolbenstange 66 exzentrisch auf
eine auf der Zentralwelle 10 angeordnete Freilaufkupplung 67 einwirkt, um das Trommelmagazin
11 schrittweise von Raststellung zu Raststellung zu drehen.
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Weiter ist an der Grundplatte 14 ein Meßgeber zur Erkennung der Drehlage
der Zentralwelle 10 und damit zur Erkennung des jeweils in seine Arbeitsstellung
verschiebbaren Werkzeuges angeordnet. Der Meßgeber 68 weist sechs in axialer Richtung
nebeneinander angeordnete Näherungsschalter 69 auf, die beispielsweise als Metallschrauben
in der Zentralwelle 10 ausgebildete Marken 70 abtasten. Bei sechs symmetrisch angeordneten
Aggregaten 30 bis 35 sind die Marken 70 jeweils um 60 Grad in der Drehrichtung gegeneinander
versetzt angeordnet. Die Anordnung in axialer Richtung richtet sich nach der Anordnung
der Näherungsschalter 69.
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Ein in axialer Richtung verschiebbar gelagerter Antriebsmotor 71 für
die Werkzeuge weist eine Antriebswelle 72 auf, an deren Ende ein Kupplungsstück
73 befestigt ist, das zusammen mit dem Kupplungsstück 44 eine Mitnehmerkupplung
bildet, und in den Raststellungen des Trommelmagazins 11 durch axiale Verschiebung
des Antriebsmotors 71 in Richtung des Kupplungsstücks 44 einkuppeln kann. Die axiale
Bewegung des Antriebsmotors 71 wird durch einen fest auf der Grundplatte 14 angeordneten
Stellzylinder 74 bewirkt, dessen Kraft über ein Gestänge 75 auf den Antriebsmotor
71 einwirkt.
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Die Wirkungsweise der beschriebenen Anordnung besteht darin, daß zunächst
durch Betätigung des Stellglieds 64 über eine Drehung des Trommelmagazins 11 eines
der Aggregate 33 in eine definierte Drehlage gebracht wird, bei der sich die Kupplungsstücke
73,44 gegenüberstehen. In dieser definierten Drehlage findet eine Verrastung durch
die federunterstützten Kugeln 62,63 statt. Um ein Weiterdrehen aufgrund der Massenträgheit
zu verhindern, kann eine zwischen der Tragplatte 12 und der Ronde 15 wirkende Bremse
vorgesehen sein. Nun erfolgt eine axiale Verschiebung des Antriebsmotors 71 durch
den Stellzylinder 74, wodurch die aus den beiden Kupplungsstücken 73,44 gebildete
Mitnehmerkupplung greift und die Drehung der Antriebswelle 72 auf das Werkzeug 43
überträgt. Die weitere Verschiebung des Antriebsmotors 71 bewirkt ein Verschieben
des Aggregats 33 entlang den Führungswellen 24,25 gegen die Kraft der Druckfeder
52 bis zum Anschlag an der Ronde 15. Das Werkzeug 43 ist nunmehr in seiner Arbeitsstellung.
Kurz vor Erreichen dieser Arbeitsstellung erreicht ein nicht näher dargestellter
Mitnehmer, z.B. ein Teil des Gestänges 75, die Arretierungsplatte 55, so daß auf
dem restlichen Verschiebeweg die Arretierungszapfen 56,57 in die Buchsen 60,61 eingeführt
werden und eine formschlüssige Verbindung zwischen der Trägerplatte 13 und der Ronde
16 und'damit des Trommelmagazins 11 herstellen.
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Der eigentliche Fräs- oder Bohrvorgang mit Hilfe des Werkzeugs 43
erfolgt durch Verschieben der Grundplatte 14 gegen ein nicht dargestelltes Werkstück.
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Der Aufbau eines Aggregats ist in Fig. 4 im Detail dargestellt. Ein
vorzugsweise aus Aluminium hergestellter Gehäuseblock 80, dessen Querschnitt in
Fig. 7 zu erkennen ist, weist eine stufenförmig ausgebildete Lagerbohrung 81 sowie
zwei Führungsbohrungen 82 zur Aufnahme der Führungswellen auf. In der Lagerbohrung
81 befinden sich drei kombinierte Axial- und Radiallager 39 - 41, die zur drehbaren
Lagerung der Trägerspindel 38 dienen. Das Lager 39 ist gegen einen Anschlag 83 im
Gehäuseblock 80 über Tellerfedern 84 abgestützt, um einen Dehnungsausgleich zu gewährleisten.
Zu beiden Seiten des Aggregats sind die Lager 39 - 41 mittels Ringdichtungen 85,86
gegen Staub abgedichtet. Diejenige Seite des Gehäuseblocks 80, auf der der Werkzeughalter
82 mit der Trägerspindel 38 verbunden ist, wird mittels eines Lagerdeckels 87 abgeschlossen,
dessen Umriß dem Querschnitt des Gehäuseblocks 80 entspricht und der Bohrungen 88,89
zur Verschraubung mit dem Gehäuseblock 80 aufweist. Auf der gegenüberliegenden Seite
des Gehäuseblocks 80 ist das Kupplungsstück 44 auf die Trägerspindel 38 aufgeschraubt.
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Dieses im wesentlichen zylindrisch ausgebildete Kupplungsstück 44
weist stirnseitig eine ebene Reibungsfläche 91 auf, in der sich eine konische Ausnehmung
92 befindet.
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Das in Fig. 5 dargestellte zweite Kupplungsstück 73 besteht aus einem
zylindrischen Gehäuse 93, das antriebswellenseitig einen Gewindezapfen 94 zur Befestigung
in der Antriebswelle
72 aufweist. Das Gehäuse 93 weist eine zylindrische
Sackbohrung 95 auf, in der ein Mitnehmerzapfen 96 mit kolbenförmig ausgebildetem
Ende gegen die Kraft einer Druckfeder 97 verschiebbar angeordnet ist. Die Druckfeder
97 ist im mittleren Bereich als Schraubenfeder und in den beiden äußeren Bereichen
als Tellerfeder ausgebildet. Dies gewährleistet zunächst eine geringere und nach
einem bestimmten Federweg eine größere Federkraft und damit Anpreßkraft der Kupplungsstücke
gegeneinander. Auf der Seite des Mitnehmerzapfens 96 ist das Gehäuse 93 durch einen
verschraubten Deckel 98 verschlossen. Dieser deckel 98, durch den der Mitnehmerzapfen
96 hindur#hgreift-, weist stirnseit-ig eine Reibungsfläche 99 auf, deren Reibungswirkung
durch axial überstehende, elastische Reibkupplungsstücke 100 erzeugt wird. Das Ende
des Mitnehmerzapfens ist kegelstumpfförmig ausgebildet und trägt zwei O-Ringe 1Q2
a;u# elastischem Material.
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Bei der axialen Verschiebung eines Werkzeugs in seine Arbeitsstellung
wird das durch den Motor ange*rivebençe Kupplungsstück 73 auf das Kupplungsstück
44 aufgeschoben. Dabei dringt das kegelförmige Ende des Mitnehmerzapfens 96 in die
konische Ausnehmung 92 ein, wobei die O-Ringe 102 den notwendigen Schlupf für eine
fliegende Dr#hbeschlelin:igung der Trägerspindeln 38 ermöglichen. Der Mitnehmerzapfen
96 ist z.B. über eine Längsnut gegen Verdrehen gegenüber dem zylindrischen Gehäuse
93 gesichert. Die maximale #rehmomentübertragung wird erreicht, wenn das Aggregat
33 seine Endstellung erreicht hat. Der Mitnehmerzapfen 96 :ist sodann
gegen
die Kraft der Druckfeder 97 in das zylindrische Gehäuse 93 eingeschoben, so daß
die axial überstehenden Reibkupplungsstücke 100 gegen die Reibkupplungsfläche 91
unter hoher Anpreßkraft anliegen.