DE4100330A1 - Plan- und ausdrehkopf fuer werkzeugmaschinen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Plan- und Ausdrehkopf für Fräs- und Bohrmaschinen, der mindestens ein zur Kopfachse radial verschiebbar gelagertes Spanwerkzeug, ein Getriebe­ system mit einem Schrittmotor zur automatischen Verstel­ lung der Werkzeuge unter Gang und einen Steuerstromkreis für den Schrittmotor aufweist.

Derartige Plan- und Ausdrehköpfe sind in verschiedenen Ausführungen bekannt. Ein Kopf nach der DE-PS 16 52 658 weist ein Kegelradgetriebe mit Palloidverzahnung und ein Schneckenradgetriebe auf, wobei jedoch lediglich eine ma­ nuelle Verstellung der Werkzeuge unter Gang möglich ist. Gleichartige Getriebeglieder enthält auch der automatisch verstellbare Bearbeitungskopf nach der US-PS 44 89 629. Ein ähnliches Getriebesystem mit zusätzlichen Getriebegliedern enthält auch der aus der DE-PS 21 51 045 bekannte Bearbei­ tungskopf, bei dem die Drehgeschwindigkeit in Abhängigkeit vom radialen Werkzeugvorschub geregelt werden kann.

Ein gemeinsamer Nachteil der vorstehend angegebenen Bear­ beitungsköpfe besteht in der gegenseitigen Zuordnung von u. a. Kegelrädern mit Palloidverzahnung und Schneckenrädern, die in der Herstellung relativ kostspielig sind und im fer­ tig montierten System nicht spielfrei eingestellt werden können. Darüber hinaus vergrößern sich durch die kompli­ zierten Getriebe die Abmessungen des Bearbeitungskopfes, was den universellen Einsatz beschränkt.

Aus der DE-OS 29 40 827 ist ein weiterer Bearbeitungskopf bekannt, dessen Getriebe mehrere Planetensätze aus einfa­ chen Stirnrädern aufweist. Die Planetensätze ermöglichen zusammen mit zusätzlichen Kopplungsgliedern einen Schnell­ rückzug der Werkzeuge. Ein erheblicher Nachteil liegt darin, daß bei einem gegebenen Kopfdurchmesser der maximale radiale Werkzeugvorschub nicht dem gebräuchlichsten Bereich von Lochdurchmessern gerecht wird, so daß die Anwender für ihre Fertigungsprogramme mehrere Bearbeitungsköpfe von un­ terschiedlichen Durchmessern vorrätig halten müssen, was die Herstellungskosten erhöht. Dieser Nachteil besteht bei allen bekannten Fräskopfsystemen.

Ein weiteres Problem bei den mit einem Stellantrieb zur ra­ dialen Werkzeugverstellung ausgerüsteten Bearbeitungsköpfen liegt in ihrer komplizierten Bauart, da ihre Getriebe­ systeme zur Wahl der Vorschubgeschwindigkeit, des Schnell­ rückschubs sowie anderer Funktionen erforderliche Getriebe­ elemente und einen speziellen Stellantrieb aufweisen. Wegen der dadurch bedingten Vergrößerung der Gesamtabmessungen ergibt sich eine Beschränkung der universellen Einsatzmög­ lichkeiten und des Arbeitsraumes. Dieses Problem soll teil­ weise bei einem Bearbeitungskopf nach der EP-PA 2 14 583 ge­ löst werden, bei der ein Stellmotor im Inneren des Kopfkör­ pers vorgesehen ist und in direkter funktioneller Verbin­ dung mit einem Planetengetriebe steht. Diese Konstruktion ist jedoch außerordentlich aufwendig und kompliziert, was einen hohen Preis sowie eine Störanfälligkeit im Betrieb begründet. Wenn dieses System bei einer programmgesteuerten Werkzeugmaschine eingesetzt wird, kann deren Steuerung nur unvollständig ausgenützt werden, was die Einsatzmöglich­ keiten vermindert.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Bearbeitungskopf für Werkzeugmaschinen zu schaffen, der ohne die Nachteile des Standes der Technik universell einsetzbar ist und bei ein­ facher kostengünstiger Herstellung und verringertem Platz­ bedarf alle erforderlichen Funktionen erfüllt. Die Erfin­ dung bezweckt weiter die Verbesserung der Getriebebauart, insbesondere die Erweiterung des radialen Werkzeugvorschubs bei gegebenem Bohrkopfdurchmesser, was die Vielseitigkeit dieses Werkzeugs steigert und seinen Preis herabsetzt. Fer­ ner soll der Stellantrieb durch das maschineneigene NC- Steuersystem und daneben auch durch eine gesonderte Steue­ rung betrieben werden können, wobei Änderungen der Para­ meter des Antriebsmotors, wie Schrittanzahl, Anlauf, Still­ setzen usw. schnell und einfach durchgeführt werden sollen.

Der Bearbeitungskopf gemäß der Erfindung enthält ein Ge­ triebesystem mit einem Planetengetriebe, dessen auf der Bohrkopfachse drehbar gelagerter Mitnehmer von Planetenrä­ dern mit einem mit dem Ausgangsrad zur Betätigung des Werk­ zeugvorschubs im Eingriff stehenden Zahnkranz versehen ist, wobei mit der Achse des Ausgangsrades die Ausgangswelle eines zur Bohrkopfachse senkrecht angeordneten Schrittmo­ tors entweder unmittelbar oder über Getriebeglieder gekop­ pelt ist und wobei der Steuerstromkreis ein dem Schritt­ motor zugeordnetes und mit einer Steuereinheit in beiden Richtungen elektrisch verschaltetes Leistungsglied enthält.

Das Planetengetriebe weist ein mit einem Ausgangsrad vom Stirnradgetriebe zur Drehsinnänderung undrehbar gekoppeltes Treibrad auf. Das Stirnradgetriebe enthält ein auf der Bohrkopfachse undrehbar angeordnetes Eingangsrad, das über ein erstes und ein zweites Zwischenrad mit dem Ausgangsrad in Eingriff steht. Das Treibrad kämmt mit den auf dem Mit­ nehmer angeordneten Planetenrädern, wobei diese gleichzei­ tig mit einem getriebenen Rad des Planetengetriebes kämmen, das mit einem drehfest mit einer Spindel gekoppelten Treibrad des Vorschubmechanismus in Eingriff steht. Der radiale Vorschub der Werkzeuge wird durch Verdrehung des Zahnkranzes des Mitnehmers von Planetenrädern infolge der Drehung des Ausgangsrades verursacht, dessen Achse mit der Ausgangswelle des Schrittmotors gekoppelt ist.

Der Motor ist zweckmäßig mit einem ein- oder angebauten Leistungsglied versehen, das in vier parallele Zweige ge­ schaltet ist, von denen jeder einen Entkopplungsstromkreis, einen Umformstromkreis und einen Endstromkreis aufweist. Der Ausgang des Entkopplungsstromkreises in jedem Zweig ist am Eingang des Umformstromkreises angeschlossen, dessen Ausgang mit dem Eingang des Endstromkreises verschaltet ist. Der Ausgang des Endstromkreises ist im ersten Zweig mit dem Ausgang des Endstromkreises im zweiten Zweig über eine erste Wicklung des Schrittmotors, der Ausgang des End­ stromkreises im dritten Zweig mit dem Ausgang des Endstrom­ kreises im vierten Zweig über eine zweite Wicklung des Schrittmotors, und die Mitte der ersten Wicklung des Schrittmotors ist über einen ersten Leistungs-Sparwider­ stand mit dem zweiten Ausgang einer Speise-Gleichstrom­ quelle verschaltet, die mit der Mitte der zweiten Wicklung des Schrittmotors auch über einen zweiten Leistungs-Spar­ widerstand verbunden ist. Am ersten Ausgang der Speise- Gleichstromquelle sind die Eingänge aller vier Umformstrom­ kreise angeschlossen.

Diese Schaltung ermöglicht es, in Zusammenwirkung mit der Getriebebauart verschiedene Geschwindigkeiten des Vorschubs und des Schnellrückschubs sowie weitere Funktionen einzu­ stellen, da der Schrittmotor die den anderen Systemen zuge­ gebenen mechanischen Getriebe für solche Funktionen suppliert.

Das Leistungsglied des Schrittmotors ist wiederum mit einer Steuereinheit elektrisch verschaltet, die aus dem NC-Steu­ ersystem der Maschine oder einem Personalrechner mit ent­ sprechenden Programmausstattungen bestehen kann. Vorzugs­ weise ist jedoch die Steuereinheit zusammen mit dem Lei­ stungsglied in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet und enthält einen Einchip-Mikrocomputer. Vorteilhaft ist das erste Gatter des letztgenannten mit der ersten Eingabe eines Blocks von Ein-und-Ausgabestromkreisen, sein Null­ gatter ist mittels eines zweiten Stromabnehmers mit der er­ sten Eingabe eines Leitwerks, die Nullausgabe des zweiten Gatters des Mikrocomputers ist mit der zweiten Eingabe des Leitwerks, die erste Ausgabe des zweiten Gatters des Mikro­ computers ist mit der dritten Eingabe des Leitwerks, und die zweite bis siebente Ausgabe des zweiten Gatters des Mikrocomputers sind in beiden Richtungen mit Auswahlein­ gaben des Blocks von Ein-und-Ausgabestromkreisen verschal­ tet. Die Leseausgabe des Mikrocomputers ist mit der vierten Eingabe des Leitwerks, seine Schreibausgabe mit der fünften Eingabe des Leitwerks und die Zeitgeberausgabe des Mikro­ computers mit der sechsten Eingabe des Leitwerks verschal­ tet, wobei die erste Ausgabe des Leitwerks mit der ersten Unterbrechungseingabe des Mikrocomputers und die zweite Ausgabe des Leitwerks mittels des fünften Stromabnehmers mit der Steuereingabe eines Bildanzeigers verschaltet sind. Die Säuleneingabe des Leitwerks und die Zeileneingabe des­ selben sind mittels des dritten und des vierten Gatters mit einer Matrix von Schaltern elektrisch verbunden. Für die Steuerung aller Funktionen reicht es jedoch aus, wenn ein Steuerpult lediglich mit einem ersten Hauptschalter des Werkzeugvorschubs und -rückschubs, den den einzelnen Ge­ schwindigkeiten inkl. Schnellvorschub entsprechenden Druck­ tasten, einem Block von Drucktasten zum Speichern des Para­ meters und mit den gebräuchlichen START-STOP-ENTER-Elemen­ ten versehen ist. Vorzugsweise kann es auch mit Vergleichs­ bildröhren ausgerüstet sein, von denen die eine der elek­ tronischen und die zweite der mechanischen Einstellung der Werkzeuge entspricht.

Der Vorteil des erweiterten Einsatzes von Stirnrädern liegt vor allem in der Verbilligung des Werkzeugkopfes. Die An­ zahl der ausschließlich mit geradflankiger Verzahnung ver­ sehenen Kegelräder ist auf ein Minimum begrenzt. Ein weite­ rer Vorteil ist das Fehlen von beim Stand der Technik ge­ bräuchlichen Schneckenradgetrieben. Durch die neuartige An­ ordnung der Getriebeelemente (resp. deren mechanischen An­ teils) ist die Erweiterung des radialen Werkzeugvorschubs bei jedem Bohrkopf auf wenigstens 50% seines Durchmessers erzielbar.

Vorteilhaft ist auch die Art der Steuerung der radialen Verstellung von Werkzeugen mit Hilfe eines Stellantriebs, was ermöglicht, auf das Programm des NC-Steuersystems der Maschine zu verzichten und alle Änderungen von regelbaren Parametern vorzugsweise mit Hilfe des Steuerpults und des­ sen Verschaltung mit dem Leistungsglied des Schrittmotors einfach vorzunehmen. Nichtsdestoweniger bleibt die Möglich­ keit der Steuerung mittels eines Computers bzw. des NC- Steuersystems bewahrt. So wird Ausfallzeit in Kleinserien­ sowie Einzelfertigung eliminiert und der Bohrkopf kann in einen automatischen beweglichen Herstellungsprozess mit be­ liebiger Geschwindigkeit des Werkstücklaufes eingegliedert werden.

Bei automatisierten Herstellungsprozessen ist es wichtig, daß der Wert des Lochdurchmessers ins Programm nur einmal und ohne Korrekturen bis zum Austausch der Werkzeuge ge­ speichert wird. Vorteilhaft ist auch die Möglichkeit einer variablen Anordnung einzelner Schnittstellen, die miteinan­ der kombiniert werden können, wie beispielsweise Bohrkopf Stellantrieb & Leistungsglied - Kabel - NC-Steuersystem der Maschine oder Bohrkopf & Stellantrieb - Kabel- Leistungs­ glied & Steuerpult oder dergleichen nach Bedarf.

Der erfindungsgemäße Bohrkopf wird insbesondere zur Her­ stellung von Großbohrungen mit Durchmessern von ca. 600 bis 1400 mm eingesetzt, wobei eine Genauigkeit von 0,01 mm oder auch weniger erzielbar ist.

Weitere Besonderheiten und Vorzüge des Erfindungsgegenstan­ des lassen sich der folgenden Beschreibung eines in der Zeichnung schematisch dargestellten Ausführungsbeispiels entnehmen. Es zeigen

Fig. 1 einen Bearbeitungskopf mit einer Steuer­ einrichtung;

Fig. 2a, 2b das Getriebesystem des Bohrkopfes nach Fig. 1;

Fig. 3 ein Schaltbild des Leistungsgliedes;

Fig. 4 ein Schaltbild eines der in Fig. 3 gezeig­ ten Zweiges;

Fig. 5 ein Steuerpult mit Steuer- und Bildanzeige­ elementen; und

Fig. 6 ein Schaltbild des Steuerpultes.

Der dargestellte Plan- und Ausdrehkopf enthält ein Gehäuse 10, in dem ein Getriebesystem 100 (Fig. 2) und ein mit einem Leistungsglied 200 in beiden Richtungen elektrisch verschalteter Schrittmotor 117 angeordnet sind. Das Lei­ stungsglied 200 ist wiederum in beiden Richtungen mit einem Steuerpult 350 (Fig. 1) verbunden.

Wie Fig. 2 zeigt, enthält das Getriebesystem 100 ein Stirn­ radgetriebe zum Ändern des Drehsinnes mit einem auf der Kopfachse 12 drehfest angeordneten Eingangsrad 101, wobei ein Drehmoment auf diese Kopfachse über einen Werkzeugkegel 11 von der Spindel einer nicht dargestellten Werkzeugma­ schine übertragen wird. Vom Eingangsrad 101 wird über ein erstes Zwischenrad 102 und ein zweites Zwischenrad 103 - die miteinander kämmen und auf zur Kopfachse 12 parallelen Achsen gelagert sind - ein Ausgangsrad 104 angetrieben. In­ folge der drehfesten Kopplung des Ausgangsrads 104 mit einem Treibrad 105 eines Planetengetriebes wird dieses als Differentialgetriebe wirkende Planetengetriebe zusammen mit einer in der Kopfachse 12 liegenden Hauptachse angetrieben. Mit dem Treibrad 105 stehen auf einem Mitnehmer 109 drehbar gelagerte Planetenräder 106 in Eingriff, die mit einem an­ getriebenen Rad 107 des Planetengetriebes kämmen. Das Rad 107 steht mit einem Treibrad 108 eines Vorschubmechanismus in Eingriff, das auf der Welle einer Schraubspindel 115 drehfest angeordnet ist. Die auf der Schraubspindel 115 an­ geordnete Mutter (nicht dargestellt) ist mit dem verschieb­ baren Werkzeug unmittelbar gekoppelt. Der Mitnehmer 109 der Planetenräder 106 ist in einem Zahnkranz 116 befestigt, der mit einem Ausgangsrad 110 zum Betätigen des Vorschubs in Eingriff steht.

Das Treibrad 105, die Planetenräder 106, das abtriebssei­ tige Treibrad 107, das auf der Schraubspindel-Welle be­ festigte Zahnrad 108, der Zahnkranz 116 und das An­ triebszahnrad 110 vom Schrittmotor 117 sind als Kegelzahn­ räder ausgebildet, wobei das abtriebsseitige Treibrad 107 eine doppelseitige Kegelverzahnung aufweist.

Das Leistungsglied 200 (Fig. 3) enthält vier identische parallele Zweige, von denen jeder aus einem Entkopplungs­ stromkreis 201, einem Umformstromkreis 202 und einem Lei­ stungs-Endstromkreis 203 besteht, wobei jeder Stromkreis geerdet ist. Jeder Entkopplungsstromkreis 201 weist zwei Eingangsklemmen auf, die zum Anschließen an eine von vier parallelen Ausgaben eines nicht dargestellten Rechners die­ nen. In jedem Zweig ist der Ausgang des Entkopplungsstrom­ kreises 201 mit dem Eingang des Umformstromkreises 202 ver­ bunden, dessen Ausgang an den Eingang des zugehörigen End­ stromkreises 203 angeschlossen ist. Der Ausgang des End­ stromkreises 203 im ersten Zweig ist über eine erste Wick­ lung 204 des Schrittmotors 117 mit dem Ausgang des End­ stromkreises 203 im zweiten Zweig und der Ausgang des End­ stromkreises 203 im dritten Zweig über eine zweite Wicklung 205 des Schrittmotors 117 mit dem Ausgang des Endstromkrei­ ses 203 im vierten Zweig verbunden. Die Mitte der ersten Wicklung 204 des Schrittmotors 117 ist über einen ersten Leistungs-Sparwiderstand 206 an einem zweiten Ausgang einer Speise-Gleichstromquelle 208 angeschlossen, die über einen zweiten Leistungs-Sparwiderstand 207 auch mit der Mitte der zweiten Wicklung 205 des Schrittmotors 117 verbunden ist. Am ersten Ausgang der geerdeten Speise-Gleichstromquelle 208 sind Speiseeingänge aller vier Verformungs- und aller vier Endstromkreise 202 resp. 203 angeschlossen.

Fig. 4 zeigt das Schaltbild eines der Zweige des Leistungs­ glieds 200. Der Entkopplungsstromkreis 201 ist durch ein aus einer Diode und zwei NPN-Transistoren in Darlington- Schaltung bestehendes Optoglied 209 gebildet. Eingangsklem­ men des Entkopplungsstromkreises 201 sind durch die Diode des Optogliedes 209 überbrückt und die miteinander verbun­ denen Kollektoren beider Transistoren sind mit dem Ausgang des Entkopplungsstromkreises 201 gekoppelt, wobei der Emit­ ter des zweiten Transistors geerdet ist. Der Eingang des Verformungsstromkreises 202 ist einerseits mit der Basis eines Eingangstransistors 210 und andererseits über einen dritten Widerstand 211 mit dem Speiseeingang des Verfor­ mungsstromkreises 202 verschaltet. Der Emitter des Ein­ gangstransistors 210 ist einerseits an den ersten Ausgang eines vierten Widerstands 214 und andererseits an den er­ sten Ausgang eines fünften Widerstands 215 angeschlossen. Der zweite Ausgang des vierten Widerstands 214 ist einer­ seits geerdet und andererseits über einen Kondensator 217 mit dem Ausgang des Verformungsstromkreises 202 verschal­ tet. Mit dem letztgenannten ist auch der zweite Ausgang eines sechsten Widerstands 216 verbunden, dessen erster Ausgang mit dem zweiten Ausgang des fünften Widerstands 215 verschaltet ist. Der Kollektor des Eingangstransistors 210 ist über eine erste Sperre 212 und eine zu ihr serienge­ schaltete zweite Sperre 213 zwischen den fünften und den sechsten Widerstand 215 bzw. 216 eingeschaltet. Der Eingang des Endstromkreises 203 ist an die Basis seines PNP- Schalttransistors 218 angeschlossen. Der Emitter des Schalttransistors 218 ist einerseits über einen siebenten Widerstand 219 mit dem Speiseeingang des Endstromkreises 203 und andererseits mit der Basis eines ersten von zwei NPN-Transistoren in Darlington-Schaltung verbunden, welche das Leistungsglied 220 des Endstromkreises 203 bildet. Der Emitter des zweiten von den Transistoren des Leistungs­ glieds 220 ist einerseits mit dem Kollektor des Schalttran­ sistors 218 und andererseits geerdet sowie mit der Anode einer Zener-Diode 221 verschaltet, deren Kathode an den verkoppelten Kollektoren beider Transistoren des Leistungs­ gliedes 220 und an den Ausgang des Endstromkreises 203 ange­ schlossen ist.

Der in Fig. 5 und 6 veranschaulichte Steuerstromkreis ent­ hält ein Steuerpult 350, das eine Alternative der Steuereinheit 300 darstellt und mit einem Einchip-Mikro­ computer 301 arbeitet. An einer Reset-Eingabe 312 des Mikrocomputers 301 ist ein Reset-Stromkreis 302 angeschlos­ sen. An einer ersten Stundeneingabe 313 des Mikrocomputers 301 ist die erste Ausgabe einer Quelle 303 von Stunden­ signalen angeschlossen, deren zweite Ausgabe mit einer zweiten Stundeneingabe 314 des Mikrocomputers 301 verschal­ tet ist. An einer zweiten Unterbrechungseingabe 317 des Mikrocomputers 301 ist der erste Ausgang eines Blocks 304 von Entkopplungsstromkreisen angeschlossen, dessen zweiter Ausgang mit einem Zähleingang 316 des Mikrocomputers 301 verbunden ist. Das erste Gatter 319 des Mikrocomputers 301 ist mittels eines ersten Stromabnehmers in beiden Richtun­ gen mit dem ersten Eingang 328 eines Blocks 305 von Ein­ und-Ausgangsstromkreisen und das Nullgatter 320 des Mikro­ computers 301 ist mittels eines zweiten Stromabnehmers in beiden Richtungen mit der ersten Eingabe 331 eines Leit­ werks 306 verbunden. An der Nullausgabe 321 des zweiten Gatters des Mikrocomputers 301 ist die zweite Eingabe 332 des Leitwerks 306 und an der ersten Ausgabe des zweiten Gatters des Mikrocomputers 301 ist die dritte Eingabe 333 des Leitwerks 306 angeschlossen. Die zweite Ausgabe 323 des zweiten Gatters des Mikrocomputers 301 bis siebente Ausgabe 324 desselben sind in beiden Richtungen mit Auswahleingän­ gen 330 des Blocks 305 von Ein-und-Ausgangsstromkreisen verschaltet. Die Leseausgabe 325 des Mikrocomputers 301 ist mit der vierten Eingabe 334 des Leitwerks 306 und die Schreibausgabe 326 des Mikrocomputers 301 mit der fünften Eingabe 335 des Leitwerks 306 verbunden. Eine Zeitgeberaus­ gabe 327 des Mikrocomputers 301 ist mit einer sechsten Ein­ gabe 336 des Leitwerks 306 und eine erste Ausgabe 337 des Leitwerks 306 ist mit einer ersten Unterbrechungseingabe 315 des Mikrocomputers 301 verschaltet. An Säuleneingaben 338 des Leitwerks 306 ist mittels eines dritten Stromabneh­ mers der erste Ausgang einer Matrix 308 von Schaltern ange­ schlossen, deren zweiter Ausgang mittels eines vierten Stromabnehmers mit Zeileneingaben 339 des Leitwerks 306 verbunden ist. Die zweite Ausgabe 341 des Leitwerks 306 ist mittels eines fünften Stromabnehmers mit der Steuereingabe 343 eines Bildanzeigers 307 verbunden.

Der Speiseeingang 310 des Reset-Stromkreises 302, der Spei­ seeingang 311 des Blocks 304 von Entkopplungsstromkreisen, die Speiseeingabe 318 des Mikrocomputers 301, der Spei­ seeingang 329 des Blocks von Ein-und-Ausgangsstromkreisen, die Speiseeingabe 340 des Leitwerks 306 und die Speiseein­ gabe 342 des Bildanzeigers 307 sind mit dem Ausgang der Speisestromquelle 309 verschaltet. Der Vorschub wird mit­ tels eines ersten Hauptschalters 351 und der Rückzug mit­ tels eines zweiten Hauptschalters 352 betätigt. Die Vor­ schubweite wird mittels der Steuereingabe 343 des Bildan­ zeigers 307 (d. h. Drucktastenblocks) und die Vorschubge­ schwindigkeit mit Hilfe der Drucktasten S1 bis S4 bestimmt. Sollwerte sind von den Bildröhren 355 resp. 356 ablesbar. Zum Anlassen, Anhalten und zur Dateneingabe dienen START- STOP-ENTER-Elemente 354.

Beim Bohren ohne Verstellung der Werkzeuge wird das Drehmo­ ment von der rotierenden Bohrkopfachse 12 über das Ein­ gangsrad 101 auf das Stirnradgetriebe zum Ändern des Dreh­ sinnes übertragen, von diesem wird über die beiden Zwi­ schenräder 102 und 103 das Ausgangsrad 104 und auch das Treibrad 105 des Planetengetriebes im entgegengesetzten Drehsinn zur Kopfachse angetrieben. Da das Werkzeug nicht verstellt wird, bleibt der Mitnehmer 109 mit dem in das Ausgangsrad 110 zum Betätigen der Vorschubweite des Werk­ zeugs eingreifenden Zahnkranz 116 im Stillstand, so daß sich über die Planetenräder 106 der Drehsinn des getriebe­ nen Rades 107 gegenüber dem Treibrad 105 ändert. So dreht sich das getriebene, mit dem Treibrad 108 des Vorschub­ mechanismus in Eingriff stehende Rad 107 gleichsinnig wie die rotierende Kopfachse 12 und mit der gleichen Geschwin­ digkeit inkl. der Welle des Treibrades 108, das auch still­ steht. Somit entsteht keine Bewegung der Schraubspindel 115 und infolgedessen auch keine Verstellung der Werkzeuge.

Das Verstellen der Werkzeuge zur Vergrößerung des Loch­ durchmessers im Betrieb bzw. unter Gang soll im folgenden beschrieben werden, wobei nur die Änderungen gegenüber der oben erläuterten Momentübertragung erläutert werden.

Durch Verdrehen des Ausgangsrads 110 nach rechts wird der bisher stillstehende Mitnehmer 109 nach rechts verdreht, wodurch die Achsen der Planetenräder 106 um die rotierende Kopfachse 12 verdreht werden. Da sich das getriebene, mit den Planetenrädern 106 kämmende Rad 105 beim gewöhnlichen Drehsinn der rotierenden Kopfachse 12 nach links dreht, be­ schleunigt sich die Drehung der Planetenräder 106, so daß sich auch die Drehung des getriebenen Rades 107 beschleu­ nigt und das die Schraubspindel 115 betätigende Treibrad 108 des Vorschubmechanismus in Drehung versetzt wird. Die Verdrehung der Schraubspindel 115 erzeugt einen Vorschub der - nicht dargestellten - unmittelbar mit der Werkzeugla­ gerung gekoppelten Spindelmutter, so daß das Werkzeug 13 radial von der Kopfachse 12 weg verstellt wird.

Die entgegengesetzte Verstellung wird unter gleichen Bedin­ gungen durch Verdrehung des Ausgangsrads 110 im Gegensinn erreicht. Der Drehsinn ist somit zum Bestimmen des Vor­ schubbereichs nicht maßgebend, welcher beispielsweise durch Anordnen eines Stirnradgetriebes (nicht dargestellt) zwi­ schen das Ausgangsrad 110 und den Schrittmotor 117, durch den Drehsinn der Ausgangswelle des Schrittmotors 117, durch den Gang des Gewindes der Schraubspindel 115 oder dgl. be­ stimmt wird. Der Vorschubbereich kann somit auf einfache Weise und ohne Schwierigkeiten standardisiert werden. Maß­ gebend sind jedoch die einzelnen Getriebeknoten, in denen sich der gewählte Drehsinn umkehrt, was auf die gegensei­ tige Zuordnung der einzelnen Kegelräder mit Geradzähnen und der Stirnräder mit Schrägzähnen in der oben beschriebenen Ausführung zurückzuführen ist. Die Praxis hat gezeigt, daß die angestrebte Beseitigung des Spiels durch den Einsatz der Räder in der beschriebenen Anordnung erreicht wird.

Ein Schritt beim Schrittmotor 117 und somit die notwendige Verdrehung seiner nicht dargestellten Ausgangswelle ent­ steht nach einer Signalgabe vom Steuerpult 350 den Eingän­ gen resp. Wicklungen 204, 205 des Schrittmotors 117 usw. über die Entkopplungsstromkreise 201 des Leistungsglieds 200, von welchen die Signale den Umformstromkreisen 202 übergeben und von diesen rechtwinklig umgeformt werden. Von diesen Stromkreisen 202 werden dann solche Signale den End­ stromkreisen 203 zugeführt, von denen jeder die Funktion eines Zweistufenverstärkers aufnimmt, wobei die erste Stufe durch den Schalttransistor 218 und die zweite Stufe durch das Leistungsglied 220 zusammen mit der Schutz-Leistungs- Zener-Diode 221 gebildet sind.

Die Signale für das Leistungsglied 200 werden in der Steuereinrichtung 350 folgendermaßen erzeugt: Im Programm des Mikrocomputers ist die Art der Kommunikation der Bedie­ nung mit dieser Einheit, Daten-, Befehleneingabe oder der­ gleichen mit Hilfe der Matrix 308 von Schaltern gespei­ chert. Die letztgenannte ist beispielsweise durch ein zwei­ dimensionales Matrix-Tastenfeld von einpoligen Druckknopf­ schaltern gebildet, wo die einzelnen Zeilen und Säulen des Tastenfelds dem Leitwerk 306 zugeordnet sind. Gespeicherte Daten zusammen mit entsprechenden Reaktionen der Einheit, wie z. B. Stichwortzeichen, Fehlermeldungen bzw. Kontroll­ daten über die verlaufende Tätigkeit des Bohrkopfes, zeigen sich auf den Bildröhren 355, 356 (Fig. 5) resp. auf dem Bildanzeiger 307 z. B. vom LED-Typ (Fig. 6). Das Leitwerk 306, das durch eine standardisierte und empfohlene Schal­ tung (z. B. nach dem System der Firma Intel) gebildet ist, weist eine nicht dargestellte, mit einem Selektor der Zei­ len und Säulen von Tastenfeld sowie der Bildanzeiger und ihrer einzelnen Segmente ergänzte Integrierschaltung auf. Ferner enthält es nicht dargestellte Entkopplungsstrom­ kreise, die durch ein Feld von Schalttransistoren gebildet sind. Die Integrierschaltung des Schaltwerks 306 ist am Mikrocomputer 301 so angeschlossen, daß die Daten durch das Nullgatter 320 des Mikrocomputers 301, das Reset-Signal des Leitwerks 306 ihm von der Nullausgabe 321 des zweiten Gat­ ters des Mikrocomputers 301, das Signal der Aktivierung des Leitwerks 306 von der ersten Ausgabe des zweiten Gatters des Mikrocomputers 301, das Lesesignal von der Leseausgabe 325, das Schreibsignal von der Schreibausgabe 326 des Mikrocomputers 301, das Zeitgebersignal von der Zeitgeber­ ausgabe 327 des Mikrocomputers 301 und das Unterbrechungs­ signal von der Integrierschaltung der ersten Unterbre­ chungseingabe 315 zugeführt sind. Das Leistungsglied 200 ist am ersten 8-Bit-Gatter 319 des Mikrocomputers 301 über eine adressierbare, durch den Block von Ein-und-Ausgangs­ stromkreisen und nicht dargestellte Optoelemente gebildete Grenzfläche angeschlossen. Die Flußrichtung ist mittels entsprechender Verschaltglieder bestimmt. Zum Vermehren der Eingaben/Ausgaben über acht werden die einzelnen Module der Grenzfläche mit Hilfe eines 6-Bit-Stromabnehmers adres­ siert; der Stromabnehmer ist durch die zweite bis siebente Ausgabe (323 bis 324) des zweiten Gatters des Mikro­ computers 301 gebildet. Mit Hilfe dieser Zweitstand-Ein­ gaben/Ausgaben wird der Bohrkopf nicht nur betätigt, son­ dern auch - was seinen Zustand oder dgl. betrifft - kon­ trolliert.

Zum Überwachen von z. B. kritischen Situationen kann man zwei durch den Block 304 von Entkopplungsstromkreisen des Mikrocomputers 301 voneinander getrennte und durch die Zähleingabe 316 sowie die zweite Unterbrechungseingabe 317 des Mikrocomputers 301 gebildete Eingänge verwenden. Der Ausgangsstand des Mikrocomputers 301 wird dabei durch den Reset-Stromkreis 302 eingestellt. Die Quelle 303 des Stun­ densignals ist durch einen Kristall mit 1,2 bis 12 MHz Frequenz gebildet, während die in diesem Fall die 5V Span­ nung liefernde Speisestromguelle 309 ein Bestandteil des Steuerpults oder eine selbständige Einheit sein kann.

Beim Bohren bzw. Bearbeiten (Aufweiten) von mehreren bzw. nacheinander wiederholten Löchern stellt die Bedienung le­ diglich die Dimension des ersten Lochs am Steuerpult 350 ein. Nach dem Drücken des ersten Hauptschalters 351 kommt es zum positiven Vorschub auf einen um 0,01 mm größeren Durchmesser. Bleibt der Schalter 351 niedergedrückt, nimmt der Vorschub weiter zu. In analoger Weise nimmt durch Drücken des zweiten Hauptschalters 352 die radiale Einstel­ lung von Werkzeugen um 1,0 mm ab oder - beim Halten des Schalters 352 - kommt es zum Zurückschieben der Werkzeuge beispielsweise bis in die Ausgangslage. Durch die Steuereingabe 343 resp. den Drucktastenblock kann man die Vorschubweite digital bestimmen, die nachher auf der Bild­ röhre 355 angezeigt wird. Die zweite Bildröhre 356 zeigt dann den Istwert der Verstellung, welcher weiter durch Drücken der STOP-Drucktaste 354 ins Programm gespeichert werden kann. Gleichzeitig kann man durch Niederdrücken einer der Tasten S1 bis S3 die Vorschubgeschwindigkeit bzw. der Taste S4 den Schnellvorschub wählen.

Je nach dem Verwendungszweck des Bohrkopfes - z. B. in Ko­ ordinaten-Bohr- und Fräsmaschinen, NC-Maschinen oder dgl. - sind die einzelnen Knoten des Bohrkopfes, d. h. seine Teile einschließlich des Schrittmotors 117 des Leistungsglieds 200 und der Steuereinheit 350, entweder gemeinsam oder separat angeordnet.

Der erfindungsgemäße Bearbeitungskopf wird vorzugsweise in Universal-Fräs- und Bohrmaschinen, Bohrwerken und Bearbei­ tungszentren bei der Fertig- und Schlichtbearbeitung von Werkstücken mit höchster Präzision eingesetzt, wodurch sich auch die unterschiedlich großen Verstell-Schritte von 0,01 mm bei der Durchmesservergrößerung (positiver Werkzeugvor­ schub) bzw. 1,00 mm bei der Durchmesserverkleinerung (negativer Werkzeugvorschub) ergeben.

Gemäß dem dargestellten Ausführungsbeispiel kann der Bear­ beitungskopf in zwei Teilen ausgeführt sein, wobei der obere Teil drehfest an der Werkzeugmaschine montiert ist und den Schrittmotor 117 trägt. Der untere Teil ist am oberen Kopfteil drehbar gelagert und enthält das über das in Fig. 2 dargestellte Getriebe radial verstellbare Werk­ zeug 13. Der Drehantrieb des Werkzeugs 13 erfolgt über den als z. B. ISO-Kegel ausgebildeten Kopfhalter 11, der in üb­ licher Weise manuell oder automatisch in eine Arbeitsspin­ del eingespannt wird. Der drehfest positionierte Schritt­ motor 117 bewirkt durch die positive oder negative Über­ lagerung seiner Drehbewegung mit der Spindeldrehung nur die radiale Verstellbewegung des mit mindestens einer seitlich bzw. stirnseitig vorstehenden Schneide versehenen Spanwerk­ zeugs 13.

Claims (7)

1. Plan- und Ausdrehkopf für Werkzeugmaschinen mit minde­ stens einem motorisch radial verstellbaren Spanwerkzeug, einem Getriebesystem und mit einem Schrittmotor zur automatischen Verstellung der Werkzeuge unter Gang, dem eine Steuereinheit zugeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Getriebesystem (100) ein Planetengetriebe um­ faßt, dessen auf der Kopfachse (12) drehbar gelagerter Planetenrad-Mitnehmer (109) mit einem Zahnkranz (116) verbunden ist, dessen Verzahnung mit einem vom Schritt­ motor (117) angetriebenen Ausgangsrad (110) in Eingriff steht, und daß der Steuerstromkreis ein dem Schrittmotor (117) zugeordnetes und mit einer Steuereinheit (300) in beiden Richtungen elektrisch verschaltetes Leistungs­ glied (200) enthält.

2. Plan- und Ausdrehkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Getriebesystem (100) ein auf der Kopfachse (12) drehfest angeordnetes Eingangsrad (101) aufweist, das zusammen mit einem Doppelstirnrad (102), einem Zwischen­ rad (103) und mit einem Ausgangsrad (104) ein Stirnrad­ getriebe zur Drehsinnänderung bildet, daß das Ausgangs­ rad (104) mit einem koaxialen Treibrad (105) drehfest verbunden ist, welches mit den auf dem Mitnehmer (109) angeordneten Planetenrädern (106) in Eingriff steht, wo­ bei die Planetenräder (106) gleichzeitig mit einem Treibrad (107) des Planetengetriebes kämmen, das mit einem drehfest mit einer Schraubspindel (115) gekoppel­ ten Treibrad (108) des Vorschubmechanismus in Eingriff steht.

3. Plan- und Ausdrehkopf nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Achse des Ausgangsrads (110) und des direkt oder über ein Getriebe angeschlossenen Schrittmotors (117) zur radialen Werkzeugverstellung zur Kopfachse (12) senkrecht verläuft.

4. Plan- und Ausdrehkopf nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Treibrad (105), die Planetenräder (106), das ab­ triebsseitige Treibrad (107), das auf der Schraubspin­ del-Welle befestigte Zahnrad (108), der Zahnkranz (116) und das Antriebszahnrad (110) vom Schrittmotor (117) als Ke­ gelzahnräder ausgebildet sind, wobei das abtriebsseitige Treibrad (107) eine doppelseitige Kegelverzahnung auf­ weist.

5. Plan- und Ausdrehkopf nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Leistungsglied (200) in vier parallele Zweige geschaltet ist, von denen jeder einen Entkopplungsstrom­ kreis (201) einen Verformungsstromkreis (202) und einen Endstromkreis (203) aufweist und wo in jedem Zweig der Ausgang des Entkopplungsstromkreises (201) mit dem Ein­ gang des Verformungsstromkreises (202) verschaltet ist, dessen Ausgang mit dem Eingang des Endstromkreises (203) verbunden ist, wobei der Ausgang des Endstromkreises (203) im ersten Zweig mit dem Ausgang des Endstrom­ kreises (203) im zweiten Zweig über die erste Wicklung (204) des Schrittmotors (117), der Ausgang des Endstrom­ kreises (203) im dritten Zweig mit dem Ausgang des End­ stromkreises (203) im vierten Zweig über die zweite Wicklung (205) des Schrittmotors (117) , und die Mitte der ersten Wicklung (204) des Schrittmotors (117) über einen ersten Leistungs-Sparwiderstand (206) mit dem zweiten Ausgang einer Speise-Gleichstromquelle (208) verschaltet sind, welchletztere auch mit der Mitte der zweiten Wicklung (205) des Schrittmotors (117) über einen zweiten Leistungs-Sparwiderstand (207) verbunden ist, während am ersten Ausgang der Speise-Gleichstrom­ quelle (208) die Speiseeingänge aller vier Verformungs­ stromkreise (202) und aller vier Endstromkreise (203) angeschlossen sind.

6. Plan- und Ausdrehkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinheit (300) durch ein Steuerpult (350) gebildet ist, das durch Verschaltung mit einem Einchip- Mikrocomputer (301) mittels eines ersten Gatters (319) mit der ersten Eingabe (328) eines Blocks (305) von Ein- und-Ausgabestromkreisen verbunden ist, während das Null­ gatter (320) des Mikrocomputers (301) mittels eines zweiten Stromabnehmers mit der ersten Eingabe (331) eines Leitwerks (306) verschaltet ist, wobei die Null­ ausgabe (321) des zweiten Gatters des Mikrocomputers (301) mit der zweiten Eingabe (332) des Leitwerks (306), die erste Ausgabe (322) des zweiten Gatters des Mikro­ computers (301) mit der dritten Eingabe (333) des Leit­ werks (306), die zweite (323) bis siebente Ausgabe (324) des zweiten Gatters des Mikrocomputers (301) in beiden Richtungen mit Auswahleingaben (330) des Blocks (305) von Ein-und-Ausgabestromkreisen, die Leseausgabe (325) des Mikrocomputers (301) mit der vierten Eingabe (334) des Leitwerks (306), die Schreibausgabe (326) des Mikro­ computers (301) mit der fünften Eingabe (335) des Leit­ werks (306) und die Zeitgeberausgabe (327) des Mikro­ computers (301) mit der sechsten Eingabe (336) des Leit­ werks (306) verbunden sind, und wobei die erste Ausgabe (337) des Leitwerks (306) mit der ersten Unterbrechungs­ eingabe (315) des Mikrocomputers (301), die Säulenein­ gabe (338) des Leitwerks (306) und die Zeileneingabe (339) desselben mit einer Matrix (308) von Schaltern mittels des dritten und des vierten Gatters und die zweite Ausgabe (341) des Leitwerks (306) mittels des fünften Stromabnehmers mit der Steuereingabe (343) des Bildanzeigers (307) verschaltet sind.

7. Plan- und Ausdrehkopf nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuerpult (350) mit einem ersten Hauptschalter (351) des Werkzeugvorschubs, einem zweiten Hauptschalter (352) des Werkzeugrückschubs, einem Block (353) von Drucktasten zum Bestimmen des Vorschubbereichs, weiter mit den den einzelnen Vorschubgeschwindigkeiten entspre­ chenden Drucktasten (S1, S2, S3) und einer Drucktaste (S4) für Schnellvorschub versehen ist, wobei es ferner mit einer Bildröhre (355) zum Abbilden der der elektro­ nischen Einstellung von Werkzeugen entsprechenden Werte und einer anderen Bildröhre (356) zum Abbilden der der mechanischen Einstellung von Werkzeugen entsprechenden Werte ausgerüstet ist.