DE3539471C1 - Vorrichtung zum Verschwenken einer Werkzeugaufnahmevorrichtung, insbesondere eines Winkelfräskopfes, am freien (unteren) Ende eines Frässpindelstockes - Google Patents

Description

• Dies wird nach der Erfindung dadurch erreicht, daß die Stützfläche und die Gegenfläche durch die Zahnflan- ken der Stirnverzahnungen der beiden Indexierringe gebildet sind, und daß der erste Indexierring bei gelösten Spannelementen gegenüber dem Frässpindelstock mittels einer Stelleinrichtung um die Frässpindelachse in einem kleinen Winkelbereich begrenzt schwenkbar und feststellbar ist.
• Bei der neuen Vorrichtung haben die Indexierringe eine mehrfache Funktion. Sie dienen nicht nur zum Indexieren der Traghülse gegenüber dem Frässpindelstock in einer großen Anzahl von Winkelstellungen, sondern sie dienen gleichzeitig auch als Stütz- und Gegenflächen. Hierdurch ist sichergestellt, daß die Stirnverzahnungen der beiden Indexierringe in Spannstellung spielfrei und fest aneinanderliegen. Es ist hiermit eine exakte Winkeleinstellung mit hoher Wiederholgenauigkeit gewährleistet. Die Stirnverzahnungen ermöglichen die Übertragung hoher Bearbeitungskräfte. Eine ungewollte Verdrehung der Traghülse gegenüber dem Frässpindelstock ist auch bei hohen Bearbeitungskräften nicht möglich, denn die Zahnflanken der Stirnverzahnungen liegen in Spannstellung stets spielfrei aneinander an. Bei gelösten Spannelementen hingegen kann der erste Indexierring mittels der Stelleinrichtung um kleine Winkelbeträge, die kleiner sind als die Teilung der Stirnverzahnung geschwenkt werden, wodurch die gewünschte Sturzeinstellung für die Frässpindelachse des Winkelfräskopfes möglich ist.
• Es ist auch eine Einrichtung zum Indexieren und Zentrieren bezüglich der Frässpindelachse eines Winkelfräskopfes an der Bodenplatte eines Frässpindelstockes bekannt (DE-PS 29 49 709), bei welcher der Winkelfräskopf vier um jeweils 900 zueinander versetzte, radial zur Frässpindelachse angeordnete Nutensteine aufweist.
• Am Frässpindelstock sind vier jeweils um 900 zueinander versetzte Schieber vorgesehen, die je eine mit einem der Nutensteine zusammenwirkende Nut aufweisen. Jeder Schieber ist in einem mit dem Frässpindelstock verbundenen Gehäuse entlang von Führungsbahnen verschiebbar, die gegenüber der Frässpindelachse geringfügig in Umfangsrichtung geneigt sind. Zur gleichzeitigen Verstellung aller vier Schieber um gleichgroße Verstellwege greift an jedem Schieber eine Verstelleinrichtung an und die vier Verstelleinrichtungen sind miteinander gekuppelt. Mit dieser bekannten Einrichtung ist zwar eine feinfühlige Sturzeinstellung der Frässpindel des Winkelfräskopfes möglich, jedoch ist ein Indexieren des Winkelfräskopfes nur in vier um jeweils 900 zueinander versetzten Winkelstellungen gegenüber dem Frässpindelstock möglich.
• Es ist ferner eine Werkzeugmaschine bekannt (GB-PS 1549 243), bei welcher ein Fräskopf um eine unter 450 gegenüber der Horizontalen geneigte Achse schwenkbar ist. Durch diese Schwenkbewegung soll erreicht werden, daß die Frässpindelachse einmal in horizontaler Stellung und das andere Mal in vertikaler Stellung angeordnet ist.
• Um den Fräskopf gegenüber einem Supportgehäuse zu indexieren, sind am Supportgehäuse und am Fräskopf Planverzahnungskränze vorgesehen, die sich in den jeweiligen Arbeitsstellungen des Fräskopfes aneinander abstützen. Sie dienen damit nicht nur zum Indexieren sondern gleichzeitig auch als Stütz- und Gegenflächen.
• Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
• Die Erfindung ist in folgendem, anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert. Es zeigt F i g. 1 einen Axialschnitt des Frässpindelstockes, der Traghülse und der Frässpindel.
• F i g. 2 einen Teilaxialschnitt an einer gegenüber dem Axialschnitt der F i g. 1 versetzten Stelle, Fig. 3 einen Schnitt nach der Linie 111-1 II der Fig. 2, F i g. 4 die schematische Darstellung der Wirkungsweise eines Schiebers.
• Der meist vertikal verschiebbare Frässpindelstock 1 weist Gleitlager 2, 3 auf, die vorzugsweise hydrostatisch ausgebildet sind. Mittels dieser Gleitlager 2, 3 ist die Traghülse 4 um die Frässpindelachse A drehbar und axial begrenzt verschiebbar gelagert. Die Traghülse 3 weist an ihrem freien (unteren) Ende einen Befestigungsflansch 5 auf, an dem verschiedene Werkzeugaufnahmevorrichtungen, wie z. B. der in der Zeichnung strichpunktiert angedeutete Winkelfräskopf 6, ein Vorsatzkopf oder ein Vorsatzlager mittels der Spannbolzen 7 befestigbar sind. Vier um 900 versetzt angeordnete Nuten 8 im Flansch 5, in welche mit dem Winkelfräskopf 6 verbundene, passende Nutensteine eingreifen, dienen zur Zentrierung der Werkzeugaufnahmevorrichtung gegenüber der Traghülse. Die Traghülse 4 dient ferner zur Lagerung der Frässpindel 9.
• In einer Bohrung 10 des Frässpindelstockes 1 ist ferner ein erster Indexierring 11 begrenzt drehbar angeordnet. Dieser Indexierring 11 trägt eine nach unten gerichtete Stirnverzahnung (Plan-Kerbverzahnung), vorzugsweise eine Hirth-Verzahnung 11a. Ein zweiter Indexierring 12 ist mit der Traghülse 4 durch mehrere Schrauben 13 fest verbunden, und weist eine nach oben gerichtete Stirnverzahnung 12a auf, die mit der Stirnverzahnung 11a zusammenwirkt. Die Zähnezahl jeder Verzahnung beträgt beispielsweise 720.
• Im Frässpindelstock 1 sind ferner mehrere Spannelemente 14 vorgesehen, deren Spannkraft durch nach oben wirkende Tellerfedern 15 erzeugt wird. Jedes Spannelement 14 weist einen Kolben 16 auf, der mit einer Spannstange 17 fest verbunden ist. Mit dem freien Ende jeder Spannstange 17 ist ein Nutenstein 18 verbunden, der in einer ringförmigen T-Nut 19 angeordnet ist. Die Spannstange 17 tritt durch eine Bohrung 20 im ersten Indexierring hindurch, deren Durchmesser größer ist als der der Spannstange, so daß der Indexierring 11 durch die nachstehend beschriebene Stelleinrichtung um seine Achse um einen kleinen Winkelbetrag verschwenkt werden kann.
• Am ersten Indexierring 11 sind vier um jeweils 900 zueinander versetzte Nutensteine 21 mittels je einer Schraube 22 befestigt. Jeder Nutenstein 22 greift in eine radial zur Achse des Indexierringes 11, die mit der Frässpindelachse A zusammenfällt, verlaufende Nut 23 eines ihm zugeordneten Schiebers 24 ein. Jeder Schieber 24 ist in einem Gehäuse 25, welches in einer Aussparung 36 des Frässpindelstockes befestigt ist, entlang von Führungsbahnen 26 verschiebbar geführt. die gegenüber der Frässpindelachse A geringfügig in Umfangsrichtung im Winkel tg geneigt sind. Hierbei ist jeder Schieber 24 zweckmäßig zylindrisch ausgebildet und die Führungsbahn 26 wird durch eine Bohrung im Gehäuse 25 gebildet, deren Achse a gegenüber der Frässpindelachse A in Umfangsrichtung ebenfalls im Winkel a geringfügig geneigt ist. Diese Neigung kann beispielsweise 1 :100 betragen, so daß der Winkel a in etwa 35 Minuten groß ist.
• Zur gleichzeitigen Verstellung aller vier Schieber 24 greift an jedem der Schieber eine Verstelleinrichtung beispielsweise in Form des Kolbens 27 an. Die den vier Kolben 27 zugeordneten Zylinderräume sind durch nicht näher dargestellte Hydraulikleitungen miteinan- der verbunden, so daß alle vier Schieber 24 um gleich große Beträge C verstellbar sind, ähnlich wie es in der DE-PS 2949 709 noch näher beschrieben ist. In den F i g. 3 und 4 ist der Schieber 24 jeweils in voll ausgezeichneten Linien in seiner Mittelstellung dargestellt, bei welcher ein am Winkelfräskopf 6 angeordneter Fräser keinen Sturz gegenüber der Werkstückoberfläche haben würde. In diesem Fall würde die Fräserachse genau senkrecht zur Werkstückoberfläche verlaufen. Wird der Schieber24 mittels der Verstelleinrichtung um einen Betrag Cnach oben bewegt, so bewegt sich die Nut 23, wie aus F i g. 4 ersichtlich ist, gleichzeitig um einen Betrag c nach links. Bei einer Neigung der Führungsbahnen 26 von 1: 100 ist der Verstellweg cin Umfangsrichtung genau 100mal kleiner als der Verstellweg C in Achsrichtung des Schiebers 24. Durch die sehr stabil ausgebildeten Nutensteine 21, Nuten 23 und Schieber 24 ist eine einwandfreie Kraftübertragung vom ersten Indexierring 11 auf den Frässpindelstock 1 gewährleistet.
• Die Wirkungsweise der bisher beschriebenen Vorrichtung ist folgende: In der in Fig. 1 gezeigten Darstellung befinden sich alle Teile in Spannstellung. Durch die Tellerfedern 15 und die Spannstangen 17 wird die Traghülse 4 mit hoher Vorspannkraft nach oben gezogen, wobei sich die Stirnverzahnung 12a des zweiten Indexierringes 12 an der Stirnverzahnung 11a des ersten Indexierringes 11 spielfrei abstützt. Die große Anzahl der Zähne dieser Stirnverzahnungen Ila, 12a ermöglicht die Übertragung hoher Bearbeitungskräfte von der Traghülse 4 über den Indexierring 12 auf den Indexierring 11. Von diesem werden die Kräfte, wie oben beschrieben wurde, über die Nutensteine 21, die Nuten 23 und die Schieber 24 auf den Frässpindelstock 1 übertragen. In Spannstellung bilden die beiden Indexierringe 11, 12 eine starre Kupplung, durch welche die Traghülse in vorbestimmter Winkelstellung mit hoher Wiederholgenauigkeit festgehalten wird, da die Stirnverzahnungen 11a, 12a spielfrei ineinandergreifen, da sie gleichzeitig die axialen Abstützflächen zwischen Spindelstock 1 und Traghülse 4 bilden.
• Soll die Traghülse 4 und damit auch der Winkelfräskopf 6 in eine andere vorbestimmte Winkelstellung verschwenkt werden, so werden die Kolben 16 entgegen der Kraft der Tellerfedern 15 hydraulisch nach unten gedrückt. Infolge des Eigengewichtes der Traghülse und der an der Traghülse gelagerten Teile, senkt sich diese um einen kleinen Betrag nach unten ab, wodurch die Stirnverzahnungen 1 1a, 12a außer Eingriff kommen.
• Der erste Indexierring 11 wird dabei durch eine Halteschraube 28, die mit großem Spiel durch den Indexierring 11 hindurchgeführt ist, so gehalten, daß noch eine kleine Schwenkbewegung des Indexierringes 11 um die Frässpindelachse A möglich ist. Die Traghülse 4 kann nunmehr in ihre neue Winkelstellung geschwenkt werden. Dies erfolgt entweder dadurch, daß die Frässpindel 9 über eine nicht näher dargestellte Kupplung mit der Traghülse 4 gekuppelt und nach Maßgabe eines Potentiometer-Meßgetriebes um den vorbestimmten Winkelbetrag gedreht wird, oder ein separater Stellmotor 29 treibt über ein Ritzel 30 den Zahnkranz 31 an, der an einem mit der Traghülse verbundenen Stützring 32 angeordnet ist.
• Soll zusätzlich zu der neuen Winkeleinstellung der Traghülse 4 auch eine Sturzeinstellung vorgenommen werden, dann wird bei gelösten Spannelementen 14 der erste Indexierring 11 mittels der Schieber 24 um einen kleinen Betrag cverschwenkt. Werden anschließend die Spannelemente 14 durch Aufhebung des auf die Kolben 16 wirkenden hydraulischen Druckes mittels der Tellerfedern 15 wieder in ihre Spannstellung gebracht, dann greifen die Stirnverzahnungen 1 1a und 12a wieder ineinander, wobei sich der zweite Indexierring 12 zusammen mit der Traghülse 4 nach dem ersten Indexierring 11 ausrichtet. Die Traghülse 4 ist damit wieder drehfest mit dem Spindelstock 1 verbunden.
• Damit eine an der Traghülse 4 befestigte Werkzeugaufnahmevorrichtung auch während der Bearbeitung um die Frässpindelachse A nach Maßgabe eines NC-Systems verschwenkt werden kann, ist zwischen dem Frässpindelstock 1 und der Traghülse 4 in der Nähe ihrer beiden Enden je ein Axiallager 33 bzw. 34 vorgesehen.
• Es handelt sich bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel um kräftige Axialrollenlager, die gegebenenfalls auch durch hydrostatische Axiallager ersetzt sein können. In Spannstellung ist zwischen dem oberen Axiallager 33 und dem mit der Traghülse 4 verbundenen Stützring 32 ein Spiel s vorhanden, welches etwas größer ist als die Zahnhöhe h der Stirnverzahnungen 11a, 12a. Ferner ist der obere Lagering 34a des am unteren Ende vorgesehenen Axiallagers 34 mittels mehrerer im Frässpindelstock 1 verschiebbarer Kolben 35 hydraulisch in Richtung zum freien (unteren) Ende der Traghülse 4 verschiebbar.
• Soll die Traghülse 4 während der Bearbeitung eines Werkstückes verschwenkt werden, dann werden die Spannelemente 14 gelöst, indem die Kolben 16 hydraulisch beaufschlagt werden. Gleichzeitig werden auch die Kolben 35 hydraulisch beaufschlagt. Hierdurch bewegt sich die Traghülse 4 nach unten, wodurch der Stützring 32 an dem oberen Axiallager 33 zur Anlage kommt.
• Durch die Kolben 35 wird das untere Axiallager 34 vorgespannt, wodurch es nunmehr die bei der Werkstückbearbeitung auftretenden Kräfte aufnehmen kann. Mittels des Stellmotors 29 und des Ritzels 30 kann nunmehr die Traghülse 4 durch ein NC-System gesteuert als echte NC-geregelte Drehachse für mehrachsiges NC-Fräsen geschwenkt werden.

Claims (3)

1. Patentansprüche: 1. Vorrichtung zum Verschwenken einer Werkzeugaufnahmevorrichtung, insbesondere eines Winkelfräskopfes, am freien (unteren) Ende eines Frässpindelstockes, mit einer langgestreckten, konzentrisch zur Frässpindel angeordneten, mittels Gleitlagern gegenüber dem Frässpindelstock drehbar und axial verschiebbar gelagerten Traghülse, in der die Frässpindel gelagert ist, und die an ihrem freien (unteren) Ende einen Befestigungsflansch mit einer Zentriereinrichtung für die Werkzeugaufnahmevorrichtung aufweist und die an ihrem oberen Ende einen von einem Antriebsorgan angetriebenen Zahnkranz trägt, mittels welchem die Traghülse in vorbestimmte Winkellagen drehbar ist, mit einem am Frässpindelstock angeordneten, eine Stirnverzahnung (Plan-Kerbverzahnung) aufweisenden, ersten Indexierring und einem mit diesem zusammenwirkenden, eine Stirnverzahnung aufweisenden zweiten Indexierring, der mit dem Traghülsenflansch fest verbunden ist, und mit Spannelementen, die zwischen Frässpindelstock und Traghülse angeordnet und wirksam sind, wobei in ihrer Spannstellung eine zum freien Ende des Frässpindelstockes hin axial gerichtete Stützfläche des Traghülsenflansches an eine mit dem Frässpindelstock verbundene Gegenfläche anpreßbar ist und hierbei auch die Stirnverzahnungen der beiden Indexierringe ineinandergreifen, dadurch gekennzeichnet, daß die Stützfläche und die Gegenfläche durch die Zahnflanken der Stirnverzahnungen (lla, 12a) der beiden Indexierringe (11, 12) gebildet sind, und daß der erste Indexierring (11) bei gelösten Spannelementen (14) gegenüber dem Frässpindelstock (1) mittels mindestens einer Stelleinrichtung (21-27) um die Frässpindelachse (A) in einem kleinen Winkelbereich begrenzt schwenkbar und feststellbar ist.
2. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mit dem ersten Indexierring (11) in Umfangsrichtung versetzt mehrere sich radial zur Achse des Indexierringes bzw. der Frässpindelachse (A) erstreckende Nutensteine (21) fest verbunden sind und daß jeder Nutenstein (21) in eine radial zur Achse des Indexierringes (11) verlaufende Nut (23) eines ihm zugeordneten Schiebers (24) eingreift, der in einem in einer Aussparung (36) des Frässpindelstockes (1) befestigten Gehäuse (25) entlang von Führungsbahnen (26) verschiebbar ist, die gegenüber der Frässpindelachse (A) geringfügig in Umfangsrichtung geneigt sind, wobei zur gleichzeitigen Verstellung aller Schieber (24) um gleich große Verstellwege an jedem Schieber (24) eine Verstelleinrichtung (27) angreift und die vier Verstelleinrichtungen (27) miteinander gekuppelt sind.
3. 3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Schieber (24) zylindrisch ausgebildet ist und die Führungsbahn im Gehäuse (25) durch eine Bohrung (26) gebildet ist, deren Achse (a) gegenüber der Spindelachse (A) in Umfangsrichtung geringfügig geneigt ist.

   Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Verschwenken einer Werkzeugaufnahmevorrichtung, insbesondere eines Winkelfräskopfes, am freien (unteren) Ende eines Frässpindelstockes, mit einer langgestreckten, konzentrisch zur Frässpindel angeordneten, mittels Gleitlagern gegenüber dem Frässpindelstock drehbar und axial verschiebbar gelagerten Traghülse, in der die Frässpindel gelagert ist, und die an ihrem freien (unteren) Ende einen Befestigungsflansch mit einer Zentriereinrichtung für die Werkzeugaufnahmevorrichtung aufweist und die an ihrem oberen Ende einen von einem Antriebsorgan angetriebenen Zahnkranz trägt, mittels welchem die Traghülse in vorbestimmte Winkellagen drehbar ist, mit einem am Frässpindelstock angeordneten, eine Stirnverzahnung (Plan-Kerbverzahnung) aufweisenden, ersten Indexierring und einem mit diesem zusammenwirkenden, eine Stirnverzahnung aufweisenden zweiten Indexierring, der mit dem Traghülsenflansch fest verbunden ist, und mit Spannelementen, die zwischen Frässpindelstock und Traghülse angeordnet und wirksam sind, wobei in ihrer Spannstellung eine zum freien Ende des Frässpindelstockes hin axial gerichtete Stützfläche des Traghülsenflansches an eine mit dem Frässpindelstock verbundene Gegenfläche anpreßbar ist und hierbei auch die Stirnverzahnungen der beiden Indexierringe ineinandergreifen.

   Bei dieser bekannten Vorrichtung (DE-OS 27 162) bildet die dem freien Ende des Frässpindelstockes zugekehrte Fläche des Befestigungsflansches die Stützfläche, welche beim Wirksamwerden der Spannelemente an die untere, die Gegenfläche bildende Stirnfläche des Frässpindelstockes anpreßbar ist. Hierdurch ist nicht sichergestellt, daß die Stirnverzahnungen der beiden Indexierringe tatsächlich spielfrei ineinandergreifen. Bei Anlage der Stützfläche an der Gegenfläche ist nämlich eine weitere Verschiebung der Traghülse gegenüber dem Frässpindelstock blockiert und infolge von Herstellungstoleranzen kann es vorkommen, daß zwischen den Zähnen der ineinandergreifenden Stirnverzahnungen noch etwas Luft vorhanden ist. Durch das Spiel zwischen den Zähnen ist die Drehwinkellage der Traghülse und damit einer an dieser angeordneten Werkzeugaufnahmevorrichtung nicht eindeutig und genau genug festgelegt und sie kann sich zudem unter hohen Bearbeitungskräften noch so weit verändern, bis durch Verdrehung der Traghülse gegenüber dem Spindelstock die Zahnflanken aneinanderliegen. Eine Feinverstellung, die es ermöglichen würde, die Traghülse um einen sehr kleinen Winkelbetrag, der kleiner ist als die Teilung der Stirnverzahnung, gegenüber dem Frässpindelstock zu verschwenken, ist nicht vorgesehen. Eine derartige Feinverstellung ist jedoch erforderlich, um eine Sturzeinstellung eines am Winkelfräskopf angeordneten Fräsers vornehmen zu können. Unter Sturz versteht man eine geringfügige Neigung der Frässpindel gegenüber der Normalen der zu bearbeitenden Fläche, um das Nachschneiden von stirnschneidenden Fräswerkzeugen zu verhindern. Diese Schrägstellung der Frässpindel, in diesem Fall der Frässpindel des Winkelfräskopfes, beträgt im allgemeinen 0,05-0,015 mm/m.

   Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum Verschwenken einer Werkzeugaufnahmevorrichtung, insbesondere eines Winkelfräskopfes, am freien (unteren) Ende eines Frässpindelstockes der eingangs erwähnten Art zu schaffen, die eine hohe Indexiergenauigkeit in einer großen Anzahl von Drehwinkelstellungen aufweist und außerdem in jeder Indexierstellung auch eine Sturzeinstellung ermöglicht.