DE3440398A1

DE3440398A1 - Umlaufender bearbeitungskopf

Info

Publication number: DE3440398A1
Application number: DE19843440398
Authority: DE
Inventors: Johann Ing. Stockerau Eigner; Franz Ing. Holy
Original assignee: Machinefabrik Heid AG
Current assignee: Machinefabrik Heid AG
Priority date: 1983-12-13
Filing date: 1984-11-06
Publication date: 1985-06-20
Also published as: JPS60141403A; US4626149A; ATA433083A; DE3440398C2; AT379096B

Description

Umlaufender Bearbeitungskopf

Die Erfindung betrifft einen umlaufenden Bearbeitungskopf auf einem vorzugsweise längsverschiebbaren Spindelstock einer Werkzeugmaschine mit mindestens einem im Bearbeitungskopf radial (plan) verschiebbaren Kopfschlitten mit Stahlhalter.

Zur Bearbeitung der Enden von langen oder unrunden Werkstücken wie beispielsweise von Rohren für die Erdölindustrie erweisen sich Werkzeugmaschinen mit umlaufendem Werkstück und stationärem Werkzeug als nachteilig, weil die Werkstücke bei der Rotation zu Schwingungen neigen, die nur schwer beherrschbar sind. Man hat daher Maschinen entwickelt, bei welchen das Werkstück stillsteht und das Werkzeug, z.B. ein Drehstahl, um das Werkstück herumgeführt wird. Dazu verwendet man umlaufende Bearbeitungsköpfe, die in der Art eines Spannfutters an Stelle der Futterbacken radial verfahrbare Kopfschlitten aufweisen, auf welchen Stahlhalter befestigt sind. Es gibt Bearbeitungsköpfe mit nur einem, aber auch mit mehreren Stahlhaltern, wobei die radiale Bewegung der Stahlhalter synchron erfolgt. Eine bekannte Ausführung weist einen längs einer Diagonalen des Bearbeitungskopfes verschiebbaren langen Kopfschlitten auf, der jeweils an seinen Enden ein Werkzeug trägt. Die Werkzeughalter über-

greifen das Werkstück gabelförmig. Wird der Kopfschlitten nach oben verfahren, dann gelangt das untere Werkstück in Eingriff, wird der Kopfschlitten nach unten verfahren, dann schneidet der obere Drehstahl.

Der kinematische Aufbau eines Bearbeitungskopfes ist schwierig, denn es muß auf einen rotierenden Teil eine radiale Vorschubbewegung übertragen werden. Eine bekannte Ausführung sieht dazu eine axial verschiebbare Stange im Inneren der hohlen Hauptspindel vor. Die Stange arbeitet auf Stellkeile, welche die radiale Bewegung der Kopfschlitten bewirken. Für einfache Maschinen ist diese Ausführung gut geeignet. Nachteilig ist allerdings, daß die hohle Hauptspindel weder für den Einbau einer Dornpinole, noch für die Zufuhr des Kühlmittels zur Verfügung steht und daß nur eine einzige Verstellbewegung (Vorschub) für eine synchrone Gruppe von Werkzeugen übertragen werden kann.

Die Erfindung zielt darauf ab, diese Nachteile zu be- ' seitigen. Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß ein Stellmotor für den Vorschub des Kopfschlittens über ein Getriebe bzw. einen Zahnriementrieb mit mindestens zwei zur Hauptspindel parallelen und im Spindelstock ortsfesten Spindeln mit Kugelgewindetrieben in Verbindung steht und ein axial verfahrbarer Mitnehmer jedes Kugelgewindetriebes in einem auf der Hauptspindel drehfest und längsverschiebbar angeordneten Ring eingreift, an welchen mindestens eine kinematische Eckumlenkung, vorzugsweise eine Keilstange, befestigt ist, die mit einer schrägen Planverzahnung in eine korrespondierende Verzahnung des KopfSchlittens zu dessen Verschiebung .greift. Die hohle Hauptspindel bleibt somit für eine Dornpinole und für Kühlungszwecke frei. Die übertragung des vom Stellmotor z.B. über eine NC-Steuerung bewirkten Vorschubes erfolgt über Kugelgewindetriebe praktisch spielfrei. Der Aufbau ermöglicht es, mehrere Gruppen von Werkzeugen unabhängig voneinander zu steuern. Die Kraftübertracjunq erfolqt übor einen kurzcMi Krattfiuß. Die Abstütz-

kräfte wirken durch die außen liegenden Kugelgewindetriebe auf einen großen Durchmesser, wodurch die gesamte Konstruktion an Steifigkeit gewinnt. Es ist zweckmäßig, wenn der Mitnehmer als mitnehmende Drehverbindung einen durch die Kugelgewindetriebe axial verschiebbaren Ring mit einer innen angeordneten Ringnut und mit in dieser laufenden Wälzkörpern umfaßt, die in einer weiteren Ringnut des auf der Hauptspindel mitdrehend angeordneten Ringes eingreift. Der Aufbau ist einem Kugellager ähnlich, wobei der Außenring Teil des Mitnehmers ist und sich der Innenring mit der Hauptspindel \ mitdreht, jedoch nicht starr aufgekeilt ist, sondern in axialer Richtung durch den Außenring und die Wälzkörper (Kugeln) verschoben werden kann. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weisen die Ringnuten schräge Laufflächen für die Wälzkörper auf und bilden ein Vierpunktlager. Dadurch wird eine Kraftübertragung in axialer Richtung von einer ortsfesten Spindel auf einen rotierenden Ring weitgehend spielfrei möglich. Es können auch sogenannte Kreuzrollenlager verwendet werden, deren Ring V-förmige Nuten aufweisen, in welchen Rollen abwechseln auf der einen Nutflanke und auf der anderen Nutflanke laufen. Die übertragung der Stellbewegung für den Kopfschlittenvorschub vom Stellmotor auf die Spindel des Kugelgewindetriebes erfolgt in zweckmäßiger Weise dadurch, daß das dem Stellmotor nachgeschaltete Getriebe aus einem Ritzel, einem bezüglich der Hauptspindel konzentrischen und drehbar gelagerten Zahnkranz, in welchen sowohl das antriebsseitige Ritzel als auch auf den Spindeln der Kugelgewindetriebe angeordnete Stirnräder eingreifen. Werden mehrere Kopfschlitten unabhängig voneinander angesteuert, dann ist es vorteilhaft, wenn im Spindelstock mehrere Gruppen von jeweils über einen eigenen, vorzugsweise NC gesteuerten Stellmotor mit Getriebe oder Zahnriementrieb angetriebenen Spindeln mit Kugelgewindetrieben und Mitnehmern vorgesehen sind und jeder Gruppe ein eigener axial auf der Hauptspindel verschiebbaren Ring zugeordnet ist, der in Verbindung mit Keilstangen und Keilgetrieben im Bearbeitungs-

kopf jeweils eine Gruppe von Kopfschlitten mit Stahlhaltern verschiebt. Die Zahnkränze sowie die Mitnehmerringe liegen parallel zueinander und die Spindeln mit den Kugelgewindetrieben sind in einem Abstand um die Hauptspindel herum angeordnet ohne sich gegenseitig zu behindern, wobei die Keilstangen durch Bohrungen etwaiger vorgelagerter Ringe mit Spiel hindurchgeführt sind. Eine besonders zweckmäßige Ausfuhrungsform ist dadurch gekennzeichnet, daß jede Gruppe von Spindeln aus drei Spindeln und jede Gruppe von Kopfschlitten aus drei gemeinsam verstellbaren Kopfschlitten mit Stahlhaltern besteht. Die Mitnehmerringe werden durch je drei·Kugelgewindetriebe besonders gut geführt. Die Bearbeitung eines Werkstückes kann durch jeweils drei um 120° zueinander versetzte Werkzeuge mit höchster Präzision erfolgen, da sich die radial auf das Werkstück einwirkenden Schnittkräfte kompensieren. Es kommt zu keiner einseitigen Belastung des Werkstückes, die durch die Einspannung nur zum Teil aufgenommen werden kann und zu einer Verformung des auskragenden Werkstückendes führen würde. Schließlich ist es zweckmäßig, wenn mehrere Bearbeitungsköpfe zu einer Bearbeitungsstraße zusammengefaßt sind und den Bearbeitungsköpfen eine längs der Bearbeitungsköpfe verfahrbare Spannpalette zur zentrierten Einspannung der Werkstücke vorgelagert ist und wann jeder Bearbeitungskopf eine Zentriereinrichtung, beispielsweise aus dem Spindelstock ausfahrbare Zentrierbolzen aufweist, die in Zentrieröffnungen der Spannpalette einschiebbar sind. Auf diese Weise können komplizierte Werkstückkonturen, die eine größere Anzahl von Werkzeugen zur Bearbeitung erforderlich ist, rasch und genau hergestellt werden.

Ausführungsbeispiele des Erfindungsgedankens sind in den Zeichnungen dargestellt. Fig.1 zeigt einen Querschnitt durch einen Bearbeitungskopf gemäß der Erfindung und Fig.2 eine Bearbeitungsstraße im Grundriß.

In einem längsverschiebbaren Spindelstock 1 ist eine hohle Hauptspindel 2 drohbar gelagert. Die Hauptspindel 2

trägt an ihrem den Spindelstock 1 überragenden Ende einen Bearbeitungskopf 3, in dessen Stirnfläche 4 sechs um jeweils 6o zueinander versetzte radiale Führungsnuten vorgesehen sind. Drei im Winkel von 120° zueinander liegende Nuten bilden jeweils eine Gruppe (Dreiergruppe). In der Zeichenebene der Fig.1 ist die Führungsnut 5 der ersten Dreiergruppe und die Führungsnut 6 der zweiten Dreiergruppe zu sehen. In der Nut 5 sowie in den beiden anderen Nuten der ersten Gruppe ist je ein Kopfschlitten 7 radial verschiebbar, der einen Stahlhalter mit Werkzeug trägt. Die Kopfschlitten der Gruppe bzw. ihre Werkzeuge arbeiten synchron. Der Vorschub wird von einem Stellmotor 8 für die vorgenannte erste Gruppe von Kopfschlitten 7 bewirkt. Die Übertragung von dem am Spindelstock ortsfesten Stellmotor 8 auf den rotierenden Bearbeitungskopf 3 erfordert Maßnahmen, die sowohl der erforderlichen höchsten Präzision der Vorschubbewegung wie auch der Forderung nach der Möglichkeit zum Einbau mehrerer voneinander unabhängiger Gruppen von Schlitten im Kopf 3 gerecht werden.

Der Stellmotor 8 treibt je nach den Steuerbefehlen einer NC-Steuerung über einen Riementrieb 9 eine Welle und ein Ritzel 10 an, das in einem Zahnkranz 11 eingreift, der konzentrisch zur Hauptspindel 2 gelagert ist. Drei um je 120 zueinander versetzte Stirnräder, von welchen in Fig.1 nur das Stirnrad 12 zu sehen ist, übernehmen die Drehung vom Zahnkranz 11. Die Kraftübertragung vom Motor 8 auf die Stirnräder 12 kann auch mittels eines Zahnriemens oder einer Kette erfolgen, die die drei Stirnräder und das Motorritzel verbindet und die Hauptspindel umgibt. Stirnräder und Motorritzel müssen dabei natürlich in einer Ebene liegen.

Das Stirnrad 12 ist auf einer Spindel 13 eines Kugelgewindetriebes 14 aufgekeilt. Analoges gilt für die zum Stirnrad 12 versetzten Stirnräder. Auf der Abtriebsseite des Kugelgewindetriebes 14 ist ein Mitnehmer 15 vorgesehen, der entsprechend der Spindeldrehung 13 axiale Stellbewegungen ausführt. Der Mitnehmer 15 weist einen die Haupt-

spindel 2 umgebenden Ring 16 auf, der in der Art eines Außenringes eines Kugellagers mit einer Nut 17 für Kugeln 18 versehen ist, die in einer Nut 19 eines axial auf der Hauptspindel 2 verfahrbaren und mit dieser mitdrehenden Ringes 20 eingreift. Die Nuten 17, 19 sind V-förmig ausgeführt und übertragen axiale Bewegungen über die Kugeln 18. Dadurch wird eine axiale Verstellbewegung durch den ortsfesten Kugelgewindetrieb 14 auf den umlaufenden Ring 20 weitgehend spielfrei übertragen.

Der Ring 20 trägt drei um 120° zueinander versetzte Keilstangen 21, die an ihren Enden mit einer schrägen Planverzahnung 22 versehen sind. Auch die Kopfschlitten 7 weisen entsprechende schräge Planverzahnungen 23 auf, die in die vorgenannten Verzahnungen 22 eingreifen. Die Konstruktion stellt einen Winkeltrieb dar und lenkt die Verstellbewegung auf die Kopfschlitten 7 der ersten Gruppe um.

Eine Stellbewegung in einer Drehrichtung ist von der Welle des Stellmotors 8 durchgehend bis zum Kopfschlitten 7 mit Pfeilen zur Richtungsanzeige eingezeichnet.

Die Kopfschlitten 24 der zweiten Gruppe der um 120° versetzten Führungsnuten 6 im Bearbeitungskopf werden sinngemäß in gleicher Weise von einem nicht dargestellten weiteren Stellmotor betätigt. Dieser arbeitet auf einem Zahnkranz 25, welcher mit drei im Spindelstock ortsfest angeordneten Stirnrädern, Spindeln und Kugelgewindetrieben kinematisch verbunden ist. Einer der Kugelgewindetriebe 26 ist in Fig.1 unten dargestellt. Die den drei Trieben zugeordneten Mitnehmer weisen wiederum einen Außenring 27, Kugeln 28 in Nuten und einen längsverschiebbaren Innenring 29 auf. Letzterer trägt drei Keilstangen. Die Keilstange 30 liegen in der Zeichenebene und ist im Ring 20 mit Spiel hindurchgeführt. Über einen Winkeltrieb (Schrägverzahnung) verschiebt sie den Kopfschlitten 24 sowie die beiden im Winkel von 120° zu diesem liegenden Kopfschlitten synchron. Der Kraftfluß zur Verstellung der beiden Gruppen erfolgt auf zwei ineinander verschachtelten, mechanisch gleich aus-

gebildeten Wegen ohne gegenseitige Behinderung.

Als Winkeltrieb (21, 22, 23) kann auch eine Zahnstange, ein Ritzel und eine in das Ritzel eingreifende zweite Zahnstange vorgesehen sein, die zur ersten einen Winkel von 90° einschließt. Zur Verschiebung der Mitnehmerringe 16, 20 bzw. 27, 29 können drei im Winkel von 120° zueinander versetzte Spindeln mit Kugelgewindetrieben vorgesehen sein.

Fig.2 zeigt eine Anordnung von drei Bearbeitungsköpfen 30, 31, 32 auf unabhängig voneinander verfahrbaren Spindel-Stöcken 33, 34, 35. Bei dieser Bauart, die einer Fertigungsstraße entspricht, wird das Werkstück 36 auf einer Spannplatte 37 mit Hilfe einer Werkstückzentrierstation 38 genau eingerichtet. Jedem Bearbeitungskopf ist eine aus zwei Zentrierbolzen 39, 40 bestehende Zentriereinrichtung zugeordnet. Die Spannplatte 37 wird zusammen mit dem Werkstück 36 vor den Bearbeitungskopf 30 gefahren und mittels der in Zentrieröffnungen 41, 42 in der Platte einfahrbaren Bolzen exakt ausgerichtet. Der Spindelstock 33 wird herangefahren, bis die Werkzeuge des Kopfes 30 das Ende des Werkstückes übergreifen und der Planvorschub bei der Bearbeitung er- · folgt gemäß der Beschreibung zu Fig.1.

Soll die Länge des Kopfes 3 verringert werden und sollen dennoch zwei Gruppen von Werkzeugschlitten unabhängig ansteuerbar sein, dann kann der Mitnehmer der zweiten Gruppe mit seinem Ring 29 an der zylindrischen Gehäuseinnenwand des Kopfgehäuses drehfest aber längsverschiebbar geführt sein. Dieser Ring 29 ist, wie oben beschrieben, mit Keilstangen 30 verbunden. Der Mitnehmer 15 ist so wie in Fig.1 dargestellt, ausgeführt. Dessen Innenring 20 gleitet längs der Hauptspindel 2.

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Claims

3U0398

Maschinenfabrik Heid
Aktiengesellschaft
Wien tösterreich)

Patentansprüche :

Umlaufender Bearbeitungskopf auf einem vorzugsweise längsverschiebbaren Spindelstock einer Werkzeugmaschine mit mindestens einem im Bearbeitungskopf radial (plan) verschiebbaren Kopfschlitten mit Stahlhalter, dadurch gekennzeichnet, daß ein Stellmotor (8) für den Vorschub des Kopfschlittens (7) über ein Getriebe bzw. einen Zahnriementrieb mit mindestens zwei zur Hauptspindel (2) parallelen und im Spindelstock (1) ortsfesten Spindeln

(13) mit Kugelgewindetrieben (14) in Verbindung steht und ein axial verfahrbarer Mitnehmer (15) jedes Kugelgewindetriebes (14) in einen auf der Hauptspindel (2) drehfest und längsverschiebbar angeordneten Ring (20) eingreift, an welchem mindestens eine kinematische Eckumlenkung, vorzugsweise eine Keilstange (21) befestigt ist, die mit einer schrägen Planverzahnung (22) in eine korrespondierende Verzahnung (23) des KopfSchlittens (7) zu dessen Verschiebung greift.

Bearbeitungskopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Mitnehmer (15) einen durch die Kugelgewindetriebe

(14) axial verschiebbaren Ring (16) mit einer innen angeordneten Ringnut (17) und mit in dieser laufenden Kugeln (18) umfaßt, die in einer weiteren Ringnut (19) des auf der Hauptspindel (2) mitdrehend angeordneten Ringes (20) eingreift.

Bearbeitungskopf nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,

daß die Ringnuten (17, 19) schräge Laufflächen für die Kugeln (18) aufweisen und ein Vierpunktlager bilden. Bearbeitungskopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Mitnehmer ein Kreuzrollenlager umfaßt. Bearbeitungskopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Mitnehmer mittels Rollen an einem Ring angreift und dieser mit der Hauptspindel mitdrehende Ring in axialer Richtung verschiebbar ist.

Bearbeitungskopf nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das dem Stellmotor nachgeschaltete Getriebe aus einem Ritzel (10), einem bezüglich der Hauptspindel (12) konzentrischen und drehbar gelagerten Zahnkranz (11), in welchen sowohl das antriebsseitige Ritzel (10) als auch auf den Spindeln (13) der Kugelgewindetriebe (14) angeordnete Stirnräder (12) eingreifen, besteht.

Bearbeitungskopf nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß im Spindelstock (1) mehrere Gruppen von jeweils über einen eigenen vorzugsweise NC-gesteuerten Stellmotor (8) mit Getriebe oder Zahnriementrieb angetriebenen Spindeln (13) mit Kugelgewindetrieben (14, 26) und Mitnehmern (15) vorgesehen sind und jeder Gruppe ein eigener axial auf der Hauptspindel (-2) verschiebbaren Ring (20, 29) zugeordnet ist, der in Verbindung mit Keilstangen (21, 30) und Keiltrieben im Bearbeitungskopf (3) jeweils eine Gruppe von Kopfschlitten (7, 24) mit Stahlhaltern verschiebt.

Bearbeitungskopf nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß jede Gruppe von Spindeln (13) aus drei Spindeln und jede Gruppe von Kopfschlitten aus drei gemeinsam verstellbaren Kopf schlitten (7, 24) mit .Stahlhaltern besteht.

Bearbeitungskopf nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Bearbeitungsköpfe (30, 31, 32) zu einer Bearbeitungsstraße zusammengefaßt sind

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und den Bearbeitungskopf eine längs der Bearbeitungsköpfe verfahrbaren Spannpalette (37) zur zentrierten Einspannung der Werkstücke (3 6) vorgelagert ist und daß jeder Bearbeitungskopf (30, 31, 32) eine Zentriereinrichtung, vorzugsweise zwei aus dem Spindelstock (33, 34, 35) ausfahrbare Zentrierbolzen (39, 40) aufweist, die in Zentrieröffnungen (41, 42) der Spannpalette (37) einschiebbar sind ( Fig. 2).