DE69615223T3

DE69615223T3 - Direkt angetriebener, entlang mehreren achsen beweglicher fräskopf

Info

Publication number: DE69615223T3
Application number: DE69615223T
Authority: DE
Inventors: Richard Bertsche; W. Richard BERTSCHE
Original assignee: KLAUS DIETER KLEMENT VERWALTUN; KLAUS-DIETER KLEMENT VERWALTUNGS GmbH
Current assignee: Klaus-Dieter Klement Verwaltungs 25870 Norde GmbH
Priority date: 1995-06-13
Filing date: 1996-06-13
Publication date: 2007-01-04
Anticipated expiration: 2016-06-14
Also published as: US5584621A; EP0885081B1; DE69615223T2; WO1996041695A1; EP0885081A1; EP0885081B2; EP0885081A4; DE69615223D1; AU6178096A

Description

Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft einen getriebelosen Arbeitsspindelkopf für eine Fräsmaschine, die mit Motoren ausgestattet ist, die mit der Spindel und dem Spindelkopf einer solchen Maschine zum direkten Antrieb und zur Steuerung der Drehung einer solchen Spindel und eines solchen Spindelkopfes um zwei Achsen gekuppelt sind.
Hintergrund der Erfindung
Bei herkömmlichen mehrfunktionellen Werkzeugmaschinen, z. B. mehrfunktionellen Fräsmaschinen (vgl. z. B. US-A 5 257 883), ist die mehrachsige Bewegung und Drehung der Frässpindel und des Spindelkopfes durch entfernt angeordnete Motoren gesteuert, die Synchronriemen, Schneckenantriebe und Räder, Kegelgetriebe und Stirnrädergetriebe oder Kegelgetriebe, die funktionell mit der Spindel und dem Spindelkopf zur Rotation der Spindel und des Spindelkopfes um zwei Achsen gekuppelt sind, einzeln oder in Kombination verwenden.
JP 63-295 143 A offenbart eine Vorrichtung, die aus einem Zweiachsen-Drehkopf und einer Spindelbaugruppe besteht. Der Drehkopf umfasst: eine Gabel, die so angebracht ist, dass sie sich um eine Achse (C) drehen kann, und ein Paar voneinander beabstandeter Gabelarme enthält, wobei eine Spindelbaugruppe drehbar zwischen den Gabelarmen montiert ist, dergestalt, dass sie sich um eine zweite Achse (A) drehen kann; eine erste Motoreinrichtung zum Antreiben und Steuern der Drehung der Gabel um die erste Achse (C); einen Tragarm, an dem die Gabel angebracht ist und der ein Gehäuse enthält; und eine zweite Motoreinrichtung zum Antreiben und Steuern der Drehung der Spindelbaugruppe um die zweite Achse (A). Die Spindelbaugruppe umfasst eine längliche, motorgetriebene Spindel, die in einem Spindelgehäuse montiert ist, wobei der Motor in der Spindel ein Werkzeug dreht, das in einem Werkzeughalter gehalten werden kann, der in dem distalen Ende der Spindel angebracht ist.
Seit dem Aufkommen der Linearmotortechnik und ihrer Anwendung auf Werkzeugmaschinen werden lineare Achsen schneller angetrieben, da die Schnittgeschwindigkeiten steigen. Insbesondere in der Luft- und Raumfahrtindustrie erfordert das Fräsen komplexer Oberflächen, dass das Werkzeug bzgl. der zu bearbeitenden Oberfläche in einem bestimmten Winkel gehalten wird. Da sich die lineare Achse oder Kontur der maschinell bearbeiteten Oberfläche abrupt ändert, ist eine Korrekturbewegung der Drehachse unter Beibehaltung der erforderlichen Winkelbeziehung zwischen Werkzeug und bearbeiteter Oberfläche erforderlich. Wenn beispielsweise ein kastenförmiger Hohlraum mit einem Seitenwandneigungswinkel von 15° maschinell hergestellt wird, muss der Kippwinkel des Werkzeuges an jedem Viertelkreispunkt um 90° gedreht werden. Zur Vermeidung einer Verlangsamung des Fräsvorganges muss sich der Spindelkopf bei 90° mit sehr hoher Beschleunigung um die Ecke bewegen. Dies ist mit einem Getriebespindelkopf schwer zu erreichen.
Somit besteht ein Bedarf für einen Arbeitsspindelkopf, der mit hohen Geschwindigkeiten als Reaktion auf abrupte und kontinuierliche Änderungen in der Kontur einer zu bearbeitenden Oberfläche gedreht werden kann, so dass die erforderliche Winkelbeziehung zwischen Spindelkopf und einer solchen Oberfläche beibehalten wird.
US 4 425 818 betrifft einen mit Gelenken versehenen robotischen Manipulator mit mehreren Segmenten zwischen einer festen Basis und seinem distalen Ende. Wenigstens eines der Gelenke umfasst einen getriebelosen, drehmomentstarken Direktantriebs-Servomotor mit einem Stator und einem Rotor, wobei eine der Komponenten des Servomotors an einem Antriebselement angebracht ist, das sich näher bei der festen Basis befindet, und die andere Komponente an einem angetriebenen Element angebracht ist, das sich näher bei dem distalen Ende des Arms befindet. Der in dieser Weise aufgebaute robotische Manipulator wird in Industriezweigen zum Schweißen und Zusammensetzen von Teilen, aber auch zum Beschichten usw. verwendet.
Zusammenfassung der Erfindung
Gegenstand der Erfindung ist ein getriebeloser, direkt angetriebener Zweiachsen-Drehkopf für eine Werkzeugmaschinenspindel mit einem kardanischen Aufbau, an dem eine Spindel zur Rotation um zwei Achsen angeordnet ist, und mit einer Anordnung von Motoren, die mit dem Kardanaufbau und der Spindel zum direkten Antrieb und zur Steuerung der Drehung des Kardanaufbaus und der Spindel um die zwei Achsen gekuppelt sind.
Die Vorrichtung besteht aus einem getriebelosen, direkt angetriebenen Zweiachsen-Drehkopf und einer Spindelbaugruppe. Der Kardanaufbau enthält eine um eine erste Achse drehbar angeordnete Gabel, die ein Paar voneinander beabstandeter Gabelarme aufweist, eine um eine zweite Achse drehbare, zwischen den Gabelarmen angeordnete Spindel, einen ersten, an die Gabel gekuppelten Motor zum direkten Antrieb und zur Steuerung der Gabeldrehung um die erste Achse und einen zweiten, an die Spindel gekuppelten Motor zum direkten Antrieb und zur Steuerung der Spindeldrehung um die zweite Achse.
Die Gabel ist an einem Tragarm befestigt, der eine drehbare Hülse aufweist, die zu der ersten Achse konzentrisch ist und mit der Gabel zur Drehung funktionell gekuppelt ist. Der Tragarm umfasst weiterhin ein Gehäuse für den Motor. Der Motor besteht aus einem Servomotor, der in dem Gehäuse angeordnet ist und die Hülse konzentrisch zu der ersten Achse umgibt. Der Motor weist einen Rotor auf, der um die erste Achse drehbar und zu dieser konzentrisch ist und mit der Hülse zum direkten Antrieb und zur Steuerung der Drehung der Hülse um die erste Achse gekuppelt ist.
Erfindungsgemäß umfasst jeder der Gabelarme ein hohles Gehäuse, in dem ein zweiter Motor angeordnet ist. Diese Motoren, ebenfalls Servomotoren, sind in den Gabelarm-Gehäusen konzentrisch zu der zweiten Achse angeordnet. Jeder der zweiten Motoren umfasst einen Rotor, der um die zweite Achse drehbar und konzentrisch zu dieser ist. Jeder der Rotoren ist mit gegenüberliegenden Seiten der Spindel jeweils zum direkten Antrieb bzw. zur Steuerung der Spindeldrehung um die zweite Achse gekuppelt.
Die Direktantriebe ersetzen die herkömmlichen Getriebe und Synchronriemen, die mit der Spindel und dem Spindelkopf zur Steuerung der Drehung der Spindel und des Spindelkopfes gekuppelt waren. Durch die direkt angekuppelten Motoren lässt sich die Spindel mit hohen Geschwindigkeiten als Reaktion auf abrupte und kontinuierliche Änderungen in der Kontur der Oberfläche, die maschinell bearbeitet wird, drehen, so dass die gewünschte Winkelbeziehung zwischen Spindelkopf und einer solchen Oberfläche beibehalten wird.
Ein weiterer Vorteil ist die durch den Fortfall der Getriebe erzielte Werkzeug-Steifigkeit. Noch ein weiterer Vorteil ist das Wegfallen des Energieverlustes, der auftritt, wenn Energie über Getriebe übertragen wird.
Zahlreiche weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung werden aus der folgenden ausführlichen Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung und den anliegenden Zeichnungen verständlich.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Es zeigen:
1 eine perspektivische Darstellung einer erfindungsgemäßen Ausführungsform eines Spindelkopfes für eine Fräsmaschine,
2 eine perspektivische Darstellung des Spindelkopfes aus 1 mit einem länglichen Tragarm zwischen oberem Motoraufbau und Gabel,
3 eine teilweise aufgebrochene vertikale Querschnittsansicht des Tragarms und des oberen Motoraufbaus des Spindelkopfes entlang der Ebene 3-3 von 2,
4 eine teilweise aufgebrochene vertikale Querschnittsansicht von Gabel- und Spindelaufbau des Spindelkopfes entlang der Ebene 4-4 von 2,
5 eine Draufsicht auf den Spindelkopf von 2,
6 eine perspektivische Ansicht der Gabel des Spindelkopfes von 2,
7 eine teilweise geöffnete perspektivische Ansicht des Spindelgehäuses des Spindelkopfes von 2.
Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen
Die hier offenbarte Erfindung gestattet natürlich viele unterschiedliche Ausführungsformen. Gezeigt in den Zeichnungen und im Nachfolgenden ausführlich beschrieben sind die bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung. Selbstverständlich ist die vorliegende Offenbarung nur ein Beispiel für die Prinzipien der Erfindung und schränkt die Erfindung nicht auf die erläuterten Ausführungsformen ein.
Zur einfacheren Beschreibung ist der erfindungsgemäße Spindelkopf hier in seiner üblichen zusammengebauten Position, wie in den beigefügten Zeichnungen beschrieben, gezeigt, und die Begriffe wie oben, unten, horizontal etc. werden hier unter Bezugnahme auf diese übliche Position verwendet.
Einige der Figuren, die den erfindungsgemäßen Spindelkopf erläutern, zeigen strukturelle Details und mechanische Elemente, die einem Fachmann bekannt sind. Die ausführliche Beschreibung solcher Elemente ist allerdings zum Verständnis der Erfindung nicht notwendig und ist demnach hier nicht angegeben.
Zusätzlich wird der erfindungsgemäße Spindelkopf mit bestimmten herkömmlichen Bauteilen eingesetzt, deren Details, obwohl nicht vollständig erläutert oder beschrieben, für den Fachmann, der die notwendigen Funktionen solcher Bauteile versteht, klar sind.
Unter Bezugnahme auf 1 wird ein erfindungsgemäßer getriebeloser, direkt angetriebener Zweiachsen-Drehspindelkopf 10 beschrieben. Der Kopf 10 hat einen Kardanaufbau 12, der die Drehung einer darauf montierten Spindelanordnung 22 um zwei Achsen, wie nachstehend beschrieben, gestattet. Der Kardanaufbau 12 umfasst eine Gabel 14, die an einer mehr funktionellen Werkzeugmaschine, z. B. einer Fräsmaschine (nicht gezeigt) oder dergleichen, zur Drehung um eine erste vertikale Achse C, die zentral und in Längsrichtung durch die Gabel 14 verläuft, befestigt ist. Die Gabel 14 weist eine obere horizontale Basisfläche 16 und zwei beabstandete längliche Gabelarme 18 und 20 auf, die sich von der Unterseite der Basisfläche 16 und als eine Einheit hiermit vertikal senkrecht nach unten erstrecken. Die Spindelanordnung 22 ist zwischen den Gabelarmen 18 und 20 drehbar um eine zweite horizontale Achse A, die horizontal durch die Gabelarme 18 und 20 verläuft, angeordnet. Sie umfasst eine längliche, in einem Spindelgehäuse 26 (7) angeordnete Spindel 24. Ein Motor (nicht gezeigt) in Spindel 24 arbeitet auf bekannte Weise unter Drehung eines Fräs- oder Schneidwerkzeuges 28, das auf einem Werkzeughalter (nicht gezeigt) gehalten wird, der in dem distalen Ende der Spindel 24 befestigt ist.
Erfindungsgemäß ist eine Motoreinrichtung 30 an der oberen Basis 16 der Gabel 14 zum direkten Antrieb und zur Steuerung der Drehung der Gabel 14 um die vertikale Achse C vorgesehen. Eine weitere Motoreinrichtung 90 (4) ist im Inneren der Gabelarme 18 und 20 angeordnet und an die Spindelanordnung 22 zum direkten Antrieb und zur direkten Steuerung der Drehung der Spindelanordnung 22 um die horizontale Achse A gekuppelt. Das direkte Kuppeln, im Gegensatz zum ferngesteuerten Kuppeln, der Motoreinrichtungen 30 und 90 mit Gabel 14 bzw. der Spindelanordnung 22 beseitigt das Erfordernis, Getriebe zum Antrieb und zur Steuerung der Drehung von Gabel 14 und Spindelanordnung 22, wie derzeit in Spindelköpfen verwendet, einzusetzen.
2 beschreibt den Spindelkopf 10 von 1, der zusätzlich einen vertikal verlaufenden länglichen zylindrischen Tragarm 32 aufweist, der zwischen der Motoreinrichtung 30 und der Gabel 14 angeordnet ist und eine zur Achse C konzentrische Längsachse aufweist.
Wie in 3 gezeigt, umfasst der Tragarm 32 eine längliche zylindrische Hülse 34, eine längliche drehbare zylindrische Innenhülse 36 und eine längliche zylindrische Patrone 38, die zwischen der Außenhülse 34 und der Innenhülse 36 angeordnet ist. Jede der Hülsen 34, 36 und die Patrone 38 besitzen Längsachsen, die zur vertikalen Achse C konzentrisch sind. Die Innenhülse 36 weist zylindrische Innen- und Außenflächen 37 und 39 auf und ist zur Drehung um die Achse C durch Lageranordnungen 40 gelagert, welche die Wälzkörper 41 und Wälzlagerringe 42 aufweisen. Die Wälzlagerringe 42 sind an der Hülse 36 und der Patrone 38 fest angeordnet.
Wie in 4 gezeigt, weist die Hülse 36 ein unteres ringförmiges Umfangsende 44 auf, das mit der oberen Basis 16 der Gabel 14 gekuppelt und an dieser durch eine Vielzahl von Befestigungselementen 46 befestigt ist, die sich um den Umfang und zwischen dem Ende 44 und der Basis 16 erstrecken. Unter Bezugnahme auf 3 ist die Motoreinrichtung 30 mit dem oberen Teil der Hülse 36 zum direkten Antrieb und zur direkten Steuerung der Drehung der Hülse 36 um die Achse C funktionell gekuppelt, und somit ist die Drehung von Gabel 14 funktionell damit gekuppelt.
Wie in den 2, 3 und 5 gezeigt, umfasst der Tragarm 32 ein Gehäuse 48 für die Motoreinrichtung 30. Das Gehäuse 48 besteht aus einem zylindrisch geformten Außenmantel 50, der um den Teil der Hülse 36 und um den oberen und unteren Teil der ringförmigen, um den Umfang verlaufenden Endplatten 52 und 54, die mit den Schrauben 56 an den gegenüberliegenden Endflächen des Mantels 50 befestigt sind, verläuft und davon beabstandet ist. Die Hülse 36 ist durch eine Lageranordnung 60 drehbar um das Gehäuse 48 gelagert. Die Lageranordnung 60 weist Kugellager 61 und Lagerringe 62 auf. Die Lagerringe sind an der Hülse 36 und an der Umfangsinnenfläche 64 der Endplatte 54 befestigt.
Erfindungsgemäß weist die Motoreinrichtung 30 einen ständerfreien Servomotor 31 mit hohem Drehmoment auf, der die Hülse 36 konzentrisch zur Achse C umgibt und im Gehäuseinneren 48 und insbesondere innerhalb des Mantels 50 angeordnet ist. Der Motor 31 kann ein ständerfreier Servomotor mit hohem Drehmoment sein. Zum Aufbau dieses Servomotors gehören neben anderen bekannten Bauteilen ein Stator 66, eine innerhalb des Stators angeordnete drehbare Halterung 68, ein daran befestigter Rotor 70, der zwischen der Halterung 68 und dem Stator 66 liegt, und eine Muffenklemme 69. Die Muffenklemme 69 ist im Inneren der Halterung 68 angeordnet. Sie ist funktionell gekuppelt mit der inneren Hülse 36 und grenzt an diese sowie an Rotoren 72 und 74 an, die im Inneren des Stators 66 und insbesondere im Inneren der Hülse 36 liegen. Einen Antriebsschleifring 71, der an den Rotor 74 angrenzt und im Inneren der Hülse 36 angeordnet ist, ist mittels Befestigungselementen, wie den Schrauben 82, mit der Hülse 36 gekuppelt. Die Rotoren 72 und 74 sind um die Achse C drehbar und zu ihr konzentrisch.
Rotor 72 umfasst zusätzlich eine Außenfläche 76, die an die Innenfläche 34 der Hülse 36 angrenzt, und ein Ende mit einer radial nach außen um den Umfang verlaufenden ringförmigen Schulter 78, die auf der Endfläche 48 der Hülse 36 aufsitzt und mit ihr gekuppelt ist. Eine Vielzahl von Befestigungselementen, wie die Schrauben 80, verlaufen durch und zwischen Schulter 78 und Endfläche 48 zur Kupplung und Befestigung von Rotor 72 an der Hülse 36 und zum direkten Antrieb und zur direkten Steuerung der Drehung von Hülse 36 um die Achse C.
Während des Betriebs aktiviert eine numerische Steuerung (nicht gezeigt) der Fräsmaschine den Motor 31 und bewirkt die Drehung von Hülse 36 und somit der Gabel 14. Außerdem wird während des Betriebs die Position und Geschwindigkeit des Rotors 72 und der Hülse 36 erfasst und über einen Winkelcodierer 84 aufgezeichnet, der in dem Gehäuse 48 angeordnet und mit dem Rotor 72 und der numerischen Steuerung der Maschine funktionell gekoppelt ist. Die Muffenklemme 69 wird verwendet, um die Innenhülse 36 in einer Position festzusetzen, nachdem die Hülse 36 um einen gewünschten Betrag unter Drehung der Gabel 14 gedreht worden ist.
Unter Bezugnahme auf 4 umfasst die Motoreinrichtung 90 Motoren 92 bzw. 94, die in den Gabelarmen 18, 20 konzentrisch zur horizontalen Achse A angeordnet sind. Die Motoren 92 und 94 sind zum direkten Antrieb und zur Steuerung der Drehung der Spindelanordnung 22 um die Achse A mit den gegenüberliegenden Seiten der Spindelanordnung 22 gekuppelt.
Obwohl in 4 nicht gezeigt, ist es selbstverständlich, dass die Motoreinrichtung 90 alternativ nur einen der Motoren 92 und 94 umfassen könnte, der in einem Gabelarm 18, 20 angeordnet ist und zum direkten Antrieb und zur Steuerung der Drehung der Spindelanordnung 22 um die Achse A mit einer der Seiten der Spindelanordnung 22 gekuppelt ist. Außerdem könnte die Motoreinrichtung 90 auch alternativ einen der Motoren 92, 94 umfassen, der in eine erste und zweite Hälfte aufgespalten ist, die in den Gabelarmen 18 bzw. 20 befestigt und mit den gegenüberliegenden Seiten der Spindelanordnung 22 gekuppelt sind.
Wie in den 4 und 6 gezeigt, werden die Motoren 92 und 94 von den zylindrischen Elementen 96, 98 in den Gabelarmen 18, 20 aufgenommen. Jedes der zylindrischen Elemente 96 bzw. 98 umfasst innere und äußere Endflächen 99, 100 und dazwischen eine innere zylindrische Fläche 101, die ein Gehäuse für die Motoren 92, 94 definieren.
Die zylindrische Innenfläche 101 weist die zylindrischen Abschnitte 102, 104, 106 und 108 auf. Die Abschnitte 102 und 104 sind von einander durch eine Wand getrennt, die zwischen den Abschnitten 102 und 104 um den Umfang radial nach innen verläuft und eine Schulter 110 definiert. Die Abschnitte 104 und 106 sind von einander durch eine Wand getrennt, die zwischen den Abschnitten 104 und 105 um den Umfang radial nach innen verläuft und eine Schulter 114 definiert. Die Abschnitte 106 und 109 sind von einander durch eine Wand getrennt, die zwischen den Abschnitte 106 und 108 um den Umfang nach innen verläuft und eine Schulter 118 definiert.
Jeder der Motoren 92 und 94 kann auch ein ständerloser Servomotor mit hohem Drehmoment sein, der neben anderen bekannten Elementen, einen Stator 120, einen Wellenmotor 122, der im Inneren des Stators 120 liegt, eine Muffenklemme 124, die im Inneren des Wellenmotors 122 liegt und an ihn angrenzt, einen Dreh-Rotor 126, der im Inneren der Muffenklemme 124 liegt und an sie angrenzt, und einen stationären Rotor 128, der im Inneren des Dreh-Rotors 126 liegt und an ihn angrenzt, umfassen.
Erfindungsgemäß ist der Rotor 126 in jedem der Motoren 92 und 94 zur Rotation konzentrisch zu der horizontalen Achse A befestigt und umfasst eine radial nach innen verlaufende ringförmige Wand 130 mit einem Hals 132, der sich axial nach außen erstreckt und damit eine Einheit bildet. Die Wand 130 des Rotors 126 von Motor 92 verläuft nur teilweise radial nach innen, während die Wand 130 des Rotors 126 von Motor 94 vollständig radial nach innen verläuft, damit sich hiermit eine Codiererwelle 148 koppeln lässt. Die Motoren 92 und 94 sind so in den Elementen 96 bzw. 98 angeordnet, dass die Teile der Motoren an die zylindrische Innenfläche 101 und die Schultern 110 und 114 hiervon angrenzen und insbesondere so, dass der Stator 120 hiervon an Teil 102 und Schulter 110 der zylindrischen Fläche 101 angrenzt. Außerdem sind die Motoren 92 bzw. 94 in den Elementen 96 bzw. 98 durch Befestigungselemente, wie Schrauben 113, befestigt, die zwischen den Motorauflagen 111 an den Motoren 92 bzw. 94 und der Schulter 114 der Elemente 96 bzw. 98 verlaufen.
Die Rotoren 126 der Motoren 92 und 94 sind mit den gegenüberliegenden Seiten des Spindelaufbau 22 und insbesondere mit dem Spindelgehäuse 26, wie nachstehend beschrieben, zum direkten Antrieb und zur direkten Steuerung der Drehung des Spindelaufbaus 22 und der Spindel 24 um Achse A gekoppelt.
Wie in den 4 und 7 gezeigt, umfasst das Spindelgehäuse 26 eine zylindrische Innenfläche 133, die ein Gehäuse für die Spindel 24 definiert, und eine zylindrische Außenfläche 134 mit einem Paar von diametral entgegengesetzten rechteckig geformten Rotor-Montageblöcken 136 und 138, die darauf als Einheit damit ausgebildet sind. Jeder der Blöcke 136 und 138 besitzt eine flache Außenfläche 140 und eine zylindrische Öffnung 142 darin, die konzentrisch mit der Achse A ausgerichtet ist und sich zwischen der Außenfläche 140 der Blöcke 136 und 138 und der Innenfläche 133 des Spindelgehäuses 26 erstreckt. Der Spindelaufbau 22 zwischen den Gabelarmen 18 und 20 ist so angeordnet und damit gekoppelt, dass die Blöcke 136 bzw. 138 mit den Elementen 96 bzw. 98 ausgerichtet sind, und insbesondere so, dass die Außenfläche 140 der Blöcke 136 und 138 an die Innenfläche 99 bzw. die Schulter 118 der Elemente 96 bzw. 98 angrenzt.
Erfindungsgemäß ist der Rotor 126 eines jeden Motors 92 bzw. 94 direkt mit den Blöcken 136 bzw. 138 gekoppelt, so dass die ringförmige Endwand 130 des Rotors 126 an die Außenfläche 140 der Blöcke 136 bzw. 138 angrenzt, und der Hals 132 auf dem Rotor 126 in die Öffnung 142 in den Blöcken 136 bzw. 138 zum direkten Antrieb und zur direkten Steuerung der Drehung des Spindelaufbaus 22 um Achse A eingepasst ist. Der Rotor 126 der Motoren 92, 94 ist fest mit den Blöcken 136 bzw. 138 mit Befestigungselementen wie Schrauben 144 verschraubt, die zwischen der ringförmigen Endwand 130 des Rotors 126 und den Blöcken 136 bzw. 138 verlaufen.
Während des Betriebs, beispielsweise mit Motor 31, aktiviert eine numerische Steuerung der Fräsmaschine (nicht gezeigt) die Motoren 92 und 94 und bewirkt die Drehung des Rotors 126 in jedem der Motoren und somit die Drehung des Spindelaufbaus 22, der direkt damit gekoppelt ist. Außerdem wird während des Betriebs die Position und Geschwindigkeit der Rotoren 126 nachgewiesen und über einen Winkelcodierer 148 und eine Codiererwelle 146, die an dem Hohlelement 98 des Gabelarms 20 befestigt sind, aufgezeichnet. Die Codiererwelle 146 verläuft zwischen dem Codierer 148 und der Rückseite der ringförmigen Endwand 130 von Rotor 126 des Motors 94, um den Codierer 146 mit der Drehposition des Rotors 126 zu versehen. Die Muffenklemme 124 wird verwendet, um den Rotor 126 der Motoren 92 und 94 in Position festzusetzen, nachdem der Rotor 126 um einen gewünschten Betrag unter Drehung des Spindelaufbaus 22 um einen gewünschten Betrag gedreht worden ist.
Erfindungsgemäß gestattet die Verwendung der Motoren, die direkt mit der Spindel und dem Spindelkopf gekoppelt sind, als Reaktion auf abrupte und kontinuierliche Änderungen in der Kontur einer zu bearbeitenden Oberfläche, die Drehung der Spindel und des Spindelkopfes zweckmäßigerweise mit hohen Geschwindigkeiten, da direkt montierte Motoren eine schnelle Beschleunigung und Abbremsung der Spindel ermöglichen, so dass die erforderliche Winkelbeziehung zwischen Spindelkopf und maschinell zu bearbeitender Oberfläche beibehalten wird.
Außerdem ist die Verwendung von Motoren anstelle von Getrieben praktisch, vermindert die Komplexität des Spindelkopfes, stellt einen Spindelkopf mit hoher mechanischer Steifigkeit bereit und beseitigt den bei Übertragung von Energie über Getriebe auftretenden Energieverlust.
Schließlich ist es selbstverständlich, dass zahlreiche Variationen und Modifikationen der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen ohne Abweichung vom Schutzumfang der Ansprüche durchgeführt werden können. Es ist selbstverständlich, dass bezüglich der speziellen hier erläuterten Vorrichtung keine Einschränkung beabsichtigt oder vorgenommen werden sollte. Natürlich ist es beabsichtigt, durch die beigefügten Ansprüche sämtliche Modifikationen, wie sie in den Umfang der Ansprüche fallen, abzudecken.

Claims

Vorrichtung, die aus einem getriebelosen, direkt angetriebenen Zweiachsen-Drehkopf (10) und einer Spindelbaugruppe (22) besteht, wobei der Drehkopf (10) Folgendes umfasst: eine um eine erste Achse (C) drehbar angeordnete Gabel (14), die ein Paar voneinander beabstandeter Gabelarme (18, 20) aufweist, wobei die Spindelbaugruppe (22) drehbar zwischen den Gabelarmen (18, 20) für eine Drehbewegung um eine zweite Achse (A) angeordnet ist; eine erste Motoreinrichtung (30) zum direkten Antrieb und zur Steuerung der Drehung der Gabel (14) um die erste Achse (C); einen Tragarm (32), an dem die Gabel angebracht ist, wobei der Tragarm (32) ein Gehäuse (48) für die erste Motoreinrichtung (30) und eine drehbare Hülse (36) enthält, die mit der ersten Achse (C) konzentrisch ist und mit der Gabel (14) funktionell verbunden ist, um sich mit ihr zu drehen; und eine zweite Motoreinrichtung (90) zum direkten Antrieb und zur Steuerung der Drehung der Spindelbaugruppe (22) um die zweite Achse (A); wobei die erste Motoreinrichtung (30) einen drehmomentstarken Servomotor (31) umfasst, der in dem Gehäuse (48) des Tragarms montiert ist und die Hülse (36) umgibt, die mit der ersten Achse (C) konzentrisch ist, wobei der Servomotor (31) einen Stator (66) und einen Rotor (70) enthält, wobei der Rotor (70) mit der Hülse (36) zum direkten Abtrieb und zur Steuerung der Drehung der Hülse (36) um die erste Achse (C) verbunden ist; wobei die zweite Motorein richtung (90) wenigstens einen drehmomentstarken Servomotor (92, 94) umfasst, der konzentrisch mit der zweiten Achse (A) in einem hohlen zylindrischen Element (96, 98) in den Gabelarmen montiert ist, das Innen- und Außenflächen (99, 100) und dazwischen eine zylindrische Innenfläche (101) enthält, die ein hohles Gehäuse für den Servomotor (92, 94) definiert, wobei der Servomotor (92, 94) einen Stator (120) und einen Rotor (126) enthält, wobei der Rotor (126) um die zweite Achse (A) drehbar und konzentrisch ist und direkt mit einer der Seiten der Spindelbaugruppe (22) zum Abtrieb und zur Steuerung der Drehung der Spindelbaugruppe (22) um die zweite Achse (A) verbunden ist; wobei die Spindelbaugruppe (22) eine längliche, motorgetriebene Spindel (24) umfasst, die in einem Spindelgehäuse (26) montiert ist, wobei der Motor in der Spindel (24) ein Fräswerkzeug (28) dreht, das in einem Werkzeughalter gehalten wird, der in dem distalen Ende der Spindel (24) angebracht ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die zweite Motoreinrichtung (90) ein Paar drehmomentstarker Servomotoren (92, 94) umfasst, die konzentrisch mit der zweiten Achse (A) – einer in jeweils einem der hohlen Gabelarmgehäuse – montiert sind, wobei die Servomotoren (92, 94) einen Stator (120) und einen Rotor (126) enthalten, wobei jeder der Rotoren (126) um die zweite Achse (A) drehbar und konzentrisch ist und direkt mit gegenüberliegenden Seiten der Spindelbaugruppe (22) zum Abtrieb und zur Steuerung der Drehung der Spindelbaugruppe (22) um die zweite Achse (A) verbunden ist.
Vorrichtung nach Anspruch 2, wobei das Spindelgehäuse (26) eine Außenfläche (134) mit einem Paar diametral gegenüberliegender Blöcke (136, 138) enthält, die mit der Außenfläche einstückig ausgebildet sind und auf das Gehäuse in den jeweiligen Gabelarmen (18, 20) ausgerichtet sind, wobei der Rotor (126) der Servomotoren (92, 94) jeweils direkt mit den Blöcken (136, 138) zum Abtrieb und zur Steuerung der Drehung der Spindelbaugruppe (22) um die zweite Achse (A) verbunden ist.
Vorrichtung nach Anspruch 3, wobei jeder der Rotoren (126) eine radial einwärts verlaufende ringförmige Endwand (130) mit einem Hals (132) enthält, der sich axial auswärts und einstückig mit dieser erstreckt, wobei jeder der Blöcke (136, 138) eine Außenfläche (140) und eine Öffnung (142) aufweist, die mittig um die zweite Achse (A) in deren Außenfläche hinein mündet, wobei die ringförmige Endwand (130) an dem Rotor (126) der Motoren jeweils gegen die Außenfläche (140) der Blöcke (136, 138) stößt und der Hals (132) an dem Rotor (126) der Motoren jeweils in die Öffnung (142) der Blöcke (136, 138) passt, um den Rotor (126) der Motoren zum direkten Abtrieb und zur Steuerung der Drehung der Spindelbaugruppe (22) um die zweite Achse (A) mit der Spindel zu verbinden