DE3440398A1 - Umlaufender bearbeitungskopf - Google Patents
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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.
- Leerseite -
Claims (1)
- 3U0398Maschinenfabrik 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 sind3U0398und 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).
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