DE9419858U1

DE9419858U1 - Werkstückspindelantrieb für Mehrspindeldrehautomaten

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Publication number: DE9419858U1
Application number: DE9419858U
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1994-12-12
Filing date: 1994-12-12
Publication date: 1995-02-09
Anticipated expiration: 2004-12-13

Description

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Werkstückspindelantrieb für Hehrspindeldrehautomaten

Die Erfindung betrifft den Drehantrieb der Werkstückspindeln eines mehrspindligen Drehautomaten mit horizontaler, drehschaltbarer Spindeltrommel.

In Mehrspindeldrehautomaten mit horizontaler, schaltender Spindeltrommel sind die Werkstückspindeln kreisförmig um die Achse der Spindeltrommel angeordnet. Der Drehantrieb dieser Werkstückspindeln erfolgt üblicherweise von einem Zahnrad aus, dessen Achse mit der Achse der Spindeltrommel zusammenfällt und das als Sonnenrad bezeichnet wird.

Dieses Sonnenrad ist auf der Zentralwelle angeordnet, deren Achse ebenfalls identisch mit der Achse der Spindeltrommel ist und an deren anderen Ende der Hauptantriebsmotor, ggfs. mit einem Getriebe, angeordnet ist. Dieses Sonnenrad steht im Zahneingriff mit je einem Zahnrad auf den Werkstückspindeln. Diese Zahnräder auf den Werkstückspindeln werden als Planetenräder bezeichnet.

Diese Gestaltung hat den Nachteil, daß alle Werkstückspindeln untereinander die gleiche Drehzahl haben, die von der Drehzahl des Sonnenrades und der Zentralwelle bestimmt wird.

Es ist somit keine individuelle Anpassung der Drehzahlen der einzelnen Werkstückspindeln an die ihnen zugeordneten Zerspanungswerkzeuge möglich, was letztlich in einigen Fällen zur verminderten Auslastung dieser Werkzeuge und damit zu längeren Bearbeitungszeiten führt.

Auch kann eine einzelne Werkstückspindel nicht unabhängig von den übrigen in einer ganz bestimmten Winkelstellung stillgesetzt werden, wie das oftmals erforderlich ist, wenn z.B. eine Bohrung quer zur Werkstückachse angebracht werden muß oder Fräsarbeiten am Werkstück ausgeführt werden sollen.

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ffm diese erheblichen Nachteile zu überwinden und einen von der Zentralwelle und dem Sonnenrad unabhängigen Drehantrieb für die Werkstückspindeln zu erzeugen, ist bereits (Langer,D.; Kranich,G.: Leistungssteigerung von Mehrspindeldrehautomaten für Futterteile durch Einsatz der zweiten Spindeldrehzahl. Fertigungstechnik und Betrieb 25 (1975) 3, S.153-157) ein Antrieb der Werkstückspindeln ausgeführt worden, bei dem eine zweite Zentralwelle konzentrisch zur ersten vorgesehen ist. Danach ist auch ein zweites Sonnenrad vorhanden, das wiederum im Zahneingriff mit zweiten Planetenrädern steht.

Die Planetenräder sind mit Lamellenkupplungen zu den Werkstückspindeln versehen, so daß immer wahlweise der Drehantrieb vom ersten oder zweiten Sonnenrad auf die Werkstückspindel geleitet werden kann.

Bei dieser Lösung kann jedoch immer nur ein zusätzlicher Drehantrieb auf die Werkstückspindeln geleitet werden. Nachteilig ist weiterhin, daß eine winkelgenaue Stillsetzung nicht möglich ist. Auch ist der Einsatz von Lamellenkupplungen immer mit Verlustwärme verbunden, die sich thermisch ungünstig auf das Drehergebnis auswirkt.

Bei einer anderen Lösung (DE 3530860) wird auf die Zentralwelle ganz verzichtet und jeder einzelnen Werkstückspindel achsparallel ein eigener Antriebsmotor zugeordnet. Die Anzahl Antriebsmotoren ist demnach gleich der Anzahl der Werkstückspindeln. Die Antriebsmotoren schalten nicht mit der Spindeltrommel und den in ihr angeordneten Werkstückspindeln mit, sondern sind ortsfest im Gestell der Maschine untergebracht. Sie werden über Synchronisiereinrichtungen an die Werkstückspindeln angekuppelt.

Diese Gestaltung ist durch die Vielzahl der Antriebsmotoren und die Synchronisiereinrichtungen sehr kostenungünstig. Eine winkelgenaue Stillsetzung der Werkstückspindeln ist ebenfalls nicht möglich.

Schließlich ist es auch bekannt, die Antriebsmotoren als Hohlwellenmotoren auszubilden und konzentrisch zu den Werkstückspindeln anzuordnen (DE 3428861). Auch hier sind die Herstellkosten durch die Vielzahl der Antriebsmotoren verhältnismäßig hoch.

Ein weiterer Nachteil ist die notwendige Kühlung der Hohlwellenmotoren, weil sonst thermische Einflüsse direkt auf die Werkstückspindeln einwirken. Auch ist es schwierig, die Energie- und Meßwertleitungen an die Motoren

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heranzuführen, da diese mit der Spindeltrommel mitschalten. Und letztlich müssen beim Schalten der Spindeltrommel zusammen mit dieser auch die Hohlwellenmotoren beschleunigt und abgebremst werden, was entweder zu vergrößerten Kräften oder verlängerten Zeiten führt.

Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, einen Drehantrieb für die Werkstückspindeln eines Mehrspindeldrehautomaten der eingangs geschilderten Art zu schaffen, der es gestattet, im Bedarfsfall eine oder auch wahlweise mehrere Werkstückspindeln mit einem zusätzlichen, von der Zentralwelle unabhängigen Drehantrieb zu versehen, der darüberhinaus für die winkelgenaue Stillsetzung der betreffenden Werkstückspindeln geeignet ist, mit geringem Aufwand hergestellt werden kann, die Verlustwärme der Brems- und Beschleunigungsvorgänge von den Werkstückspindel fernhält und eine geringe Massenträgheit der Spindeltrommel ermöglicht.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß auf jeder Werkstückspindel neben dem ersten Planetenrad noch ein zweites angeordnet ist. Das erste Planetenrad steht im ständigen Zahneingriff mit dem Sonnenrad. Es ist aber drehbar auf der Werkstückspindel befestigt, so daß die Drehbewegung vom Sonnenrad nicht unmittelbar auf die Werkstückspindeln übertragen werden kann. Die Drehverbindung zwischen dem ersten Planetenrad und den Werkstückspindeln wird durch eine schaltbare, formschlüssige Kupplung hergestellt. Diese Kupplung kann zweckmäßigerweise auch als Einzahnkupplung ausgebildet werden, die innerhalb einer Relativumdrehung zwischen den beiden Planetenrädern nur eine Einkuppelmöglichkeit aufweist. Diese Ausgestaltung ist deshalb zweckmäßig, weil dann im eingekuppelten Zustand die beiden Planetenräder immer die gleiche Winkelstellung zueinander einnehmen. Weiterhin ist es auch von Vorteil, wenn die Kupplung fest mit dem ersten Planetenrad verbunden ist. Dieses ist dann sowohl drehbar, als auch axial verschiebbar auf der Werkstückspindel befestigt. Außerdem kann jede Werkstückspindel auch noch von einem Antriebsmotor aus angetrieben werden, der nicht mit der Spindel trommel mitschaltet, sondern in derjenigen Spindellage am Gestell angebracht ist, in der ein zusätzlicher

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Drehantrieb oder eine winkelgenaue Stillsetzung der Werkstückspindel benötigt werden. Die winkelgenaue Stillsetzung wird dadurch erreicht, daß der Antriebsmotor als ein Servomotor ausgebildet ist, der auf bekannte Art und Weise auch lagegeregelt stillgesetzt werden kann.

Der Antriebsmotor trägt ein Zahnrad, das axial auf gleicher Höhe mit dem zweiten Planetenrad ist. Außerdem ist es radial zur Werkstückspindelachse mittels eines Schlittens in einer Führung verschiebbar.

Es ist zweckmäßig, wenn auch der Antriebsmotor auf dem gleichen Schlitten befestigt ist und mitbewegt wird. Es sind aber auch Ausführungen denkbar, bei denen der Antriebsmotor ortsfest angebracht ist und zwischen ihm und dem radial zur Werkstückspindel beweglichen Zahnrad geeignete übertragungselemente angeordnet sind. Statt eines Schlittens in einer Führung kann selbstverständlich auch eine Anordnung gewählt werden, die beispielsweise die radiale Verschiebung des Zahnrades durch ein Schwenken um eine feste Achse bewirkt.

Wesentlich ist nur, daß das Zahnrad radial zum zweiten Planetenrad bewegt werden kann. Denn auf diese Weise wird es außer Zahneingriff zum zweiten Planetenrad gebracht, wenn die Spindeltrommel schaltet, und nach der Schaltung wieder in die Verzahnung des zweiten Planetenrades der nächsten Spindel eingeschoben.

Die Radialbewegung des Zahnrades wird im Eingriffszustand auch dazu genutzt, den Achsabstand zwischen dem Zahnrad und dem Planetenrad zu verändern. Dadurch kann das Zahnspiel individuell für jede Spindel so angepaßt werden, daß Toleranzen in der Verzahnung der einzelnen Planetenrädern eliminiert werden. Auf diese Weise kann z.B. auch das Zahnspiel gänzlich eliminiert werden, wenn eine winkelgenaue Stillsetzung der Werkstückspindel gewünscht wird, um diese Aufgabe zu erfüllen, wird die Bewegung des Schlittens durch einen Antrieb und eine mit dem Antrieb verbundene Steuerung vorgenommen. Dabei ist es gleichgültig, ob es sich um einen hydraulischen, mechanischen oder elektrischen Antrieb handelt. Wichtig ist nur, daß der eingestellte Achsabstand von einem Meßsystem überwacht wird. Zwischen der Kupplung und dem Schlitten ist ein Koppelstück angeordnet, das die Bewegungen der beiden Maschinenelemente so verbindet, daß die Kupplung eingekuppelt ist, wenn das Zahnrad außer Eingriff zum zweiten Planetenrad ist, und umgekehrt das Zahnrad nur dann im Eingriff mit dem zweiten Planetenrad ist, wenn die Kupplung getrennt hat. Außerdem muß die Geometrie des Koppelstückes gewährleisten, daß

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In der Mittelstellung sowohl das Zahnrad als auch die Kupplung in Eingriff mit dem zweiten Planetenrad sind.

Die Erfindung wird an Hand eines Ausführungsbeispiels erläutert. Die zugehörige Zeichnung zeigt in schematischer Form den Getriebeaufbau mit zwei Werkstückspindeln, die so dargestellt sind, daß die eine ihren Antrieb vom Hauptmotor und die andere von dem zusätzlichen Antriebsmotor erhält.

Im Spindelkasten 18 eines Mehrspindeldrehautomaten ist die Spindel trommel 2 drehschaltbar gelagert. Sie trägt mehrere Werkstückspindeln 1, von denen in der Zeichnung nur zwei dargestellt sind. Durch die Rotationsachse der Spindeltrommel 2 verläuft die Zentralwelle 4, die an einem Ende das Sonnenrad 3 trägt, und am anderen Ende mit einem Getriebe 6 und dem Hauptmotor 9 verbunden ist. Das Sonnenrad 3 steht im ständigen Zahneingriff mit den ersten Planetenrädern 7 , die ihrerseits drehbar und axial verschiebbar auf der Werkstückspindel 1 angeordnet sind. Mit den ersten Planetenrädern 7 verbunden ist eine Kupplung 12, die durch axiales Verschieben auf der Werkstückspindel 1 eine formschlüssige Drehmitnahme mit dem zweiten Planetenrad 8 herstellt. Axial auf gleicher Höhe zu den zweiten Planetenrädern 8 sind Zahnräder 10 angeordnet, die gemeinsam mit den Antriebsmotoren 5 in einem gehäuseförmigen Schlitten 15 untergebracht sind. Der Schlitten 15 läßt sich auf einer Führung 11, die sich an der Rückwand 19 des Spindelkastens 18 befindet, radial zur Werkstückspindel 1 verschieben. Zu diesem Zwecke ist ein Antrieb 13, der in diesem Ausführungsbeispiel ein Servomotor sein soll, in Verbindung mit einer Spindel 14 vorgesehen.

Der Weg, der von dem Schlitten 15 zurückgelegt wird, wird von einem rotatorischen Meßsystem 16 erfaßt. Damit wird der Achsabstand zwischen dem Zahnrad 10 und dem zweiten Planetenrad 8 gemessen.

Wie aber bereits ausgeführt, ist die Erfindung nicht auf das dargestellte Ausführungsbeispiel beschränkt.

Es sind auch z.B. ein hydraulischer Antrieb und eine Schwenkführung, sowie ein lineares Meßsystem denkbar.

Antrieb 13 und Meßsystem 16 arbeiten zusammen mit einer üblichen Steuerung, die beispielsweise eine Positioniersteuerung sein kann, und die hier nicht

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dargestellt ist. Der Schlitten 15 weist auch eine Nut 20 auf, in die das Koppelstück 17 eingreift. Letzteres ist an der Rückwand 19 des Spindelkastens 18 gelenkig befestigt und greift andererseits in die Ringnut der Kupplung 12 ein.

Auf diese Weise wird ein Zwanglauf zwischen der Radialbewegung des Schlittens 15 und der Axialbewegung der Kupplung 12 dergestalt erreicht, daß in den Endlagen beider Bewegungen jeweils nur entweder das Zahnrad 10 oder die Kupplung 12 in Eingriff mit dem zweiten Planetenrad 8 ist, und in der Mittelstellung beide.

Die Antriebsmotoren 5 sind steuerungstechnisch mit dem Hauptmotor 9 über eine elektrische Welle in bekannter Weise gekoppelt. Der Hauptmotor 9 wirkt dabei als Master und die Antriebsmotoren 5 als Slaves. Auf eine nähere Erläuterung dieser an sich bekannten Zusammenhänge ist verzichtet worden. Im oberen Teil der Zeichnung ist der Zustand dargestellt, in dem die Werkstückspindel 1 von dem Antriebsmotor 5 angetrieben wird. Der Hauptmotor 9 ist abgekuppelt.

Bevor die Spindeltrommel 2 weiterschaltet, synchronisiert der Antriebsmotor 5 über die besagte elektrische Welle das zweite Planetenrad 8 derart winkelsynchron zu dem ersten Planetenrad 7, daß die formschlüssige Kupplung geschaltet werden kann. Das Schalten der Kupplung wird von dem Antrieb 13 bewirkt, der über die Spindel 14 den Schlitten 15 von der Werkstückspindel 1 wegbewegt, was wiederum mittels des Koppelstückes 17 die Kupplung 12 nach links verschiebt. Somit wird gleichzeitig auch das Zahnrad 10 aus der Verzahnung des zweiten Planetenrades 8 radial herausgeführt. Es ist aber wesentlich, daß die Kupplung 12 mit dem zweiten Planetenrad 8 drehfest verbunden ist, bevor das Zahnrad 10 das zweite Planetenrad 8 verläßt, um die Winkelsynchronität zwischen den Planetenrädern 7,8 während des Einkuppeins der Kupplung 12 beizubehalten.

Es ist nun ein Zustand erreicht, wie er im unteren Teil der Zeichnung dargestellt ist. Jetzt kann die Spindeltrommel 2 weiter schalten. Anschließend wird das Zahnrad 10 mittels Antrieb 13, Spindel 14 und Schlitten 15 in das zweite Planetenrad 8 der nächsten Werkstückspindel 1 eingefahren. Selbstverständlich sind dabei wieder die Bedingungen der Winkelsynchronität mittels der elektrischen Welle eingehalten worden. Mit dem Einfahren des Zahnrades 10 in das zweite Planetenrad 8 wird mittels des Koppelstückes 17 die Kupplung 12 vom zweiten Planetenrad gelöst und somit die Werkstückspindel 1 vom Antrieb durch

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den Hauptmotor 9 getrennt. Das Einfahren des Zahnrades 10 in das zweite Planetenrad 8, und damit der Achsabstand zwischen beiden, wird vom Meßsystem 16 überwacht, so daß genau das gewünschte Zahnspiel eingehalten werden kann. Nun kann vom Antriebsmotor 5 eine beliebige Drehzahl auf die Werkstück spindel 1 gegeben oder diese auch bei Bedarf stillgesetzt werden.

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. Werkstückspindelantrieb eines Mehrspindeldrehautomaten mit horizontaler, drehschaltbarer Spindel trommel und einer in dieser gelagerten Zentralwelle, die von einem Hauptmotor angetrieben wird, mit einem Sonnenrad auf dieser Zentralwelle, das in Verbindung mit ersten Planetenrädern auf den Werkstückspindeln steht und einem oder mehreren nicht mit der Spindeltrommel mitschaltenden Antriebsmotoren für die Werkstückspindeln, die mit dem Hauptmotor über eine elektrische Welle verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten Planetenräder (7) drehbar auf den Werkstückspindeln (1) gelagert sind, daß zweite Planetenräder (8) vorhanden sind, die fest mit den Werkstückspindeln (1) verbunden sind, daß zwischen beiden eine schaltbare, formschlüssige Kupplung (12) angeordnet ist, und daß der Antriebsmotor (5) ein Zahnrad (10) antreibt, das zu den zweiten Planetenrädern (8) achsparallel und axial in gleicher Höhe angeordnet ist.
2. Werkstückspindelantrieb nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet, daß der Antriebsmotor (5) und das Zahnrad (10) auf einem Schlitten (15) in einer Führung (11) angeordnet sind, die in einer Ebene senkrecht zur Achse der Werkstückspindel (1) liegt.
3. Werkstückspindelantrieb nach Anspruch 1 und 2,

dadurch gekennzeichnet, daß zur Bewegung des Schlittens (15) in der Führung (11) ein Antrieb (13), und daß zur Erfassung des Achsabstandes zwischen dem zweiten Planetenrad (8) und dem Zahnrad (10) ein Meßsystem (16) vorgesehen ist.
4. Werkstückspindelantrieb nach den Ansprüchen 1 bis 3,

dadurch gekennzeichnet, daß die ersten Planetenräder (7) fest mit den Kupplungen (12) verbunden und auf den Werkstückspindeln (1) axial verschiebbar sind.
5. Werkstückspindelantrieb nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein Koppelstück (17) zwischen dem Schlitten (15) und der Kupplung (12) vorgesehen ist.

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6. Werkstückspindelantrieb nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet, daß die Kupplung (12) eine Einzahnkupplung ist, die während einer Relativumdrehung zwischen den beiden Planetenrädern (7,8) nur eine Einkuppelmöglichkeit aufweist.
7. Werkstückspindelantrieb nach den Ansprüchen 1 bis 6,

dadurch gekennzeichnet, daß das Koppelstück (17), die Nut (20) des Schlittens (15) und die Ringnut (19) der Kupplung (12) so gestaltet sind, daß in der Mittelstellung des Schlittens (15) gleichzeitig die Kupplung (12) und das Zahnrad (10) mit dem zweiten Planetenrad (8) im Eingriff stehen.