ZIMMER, Martin (Mühlenstraße 6, Rheinau, 77866, DE)
ZIMMER, Günther (Im Salmenkopf 7, Rheinau, 77866, DE)
ZIMMER, Martin (Mühlenstraße 6, Rheinau, 77866, DE)
| 5 Patentansprüche : 1. An einem Hauptspindelaggregat (10) angeordneter Doppelschwenkwechseladapter zum austauschbaren Einwechseln eines Werkzeugschwenkaggregats (90), das einen in einem Schwenkaggregate- 10 gehäuse (91) gelagerten Schwenkkopf (110) hat, in dem eine antreib- und drehbare Werkzeugaufnähme (120) angeordnet ist, wobei der Schwenkkopf (110) im Schwenkaggregategehäuse (91) mittels eines Schwenkgetriebes (113) um eine quer zur Mittellinie (99) der Aggregatespindel (92) des Werkzeugschwenkaggregats (90) 15 orientierte Schwenkachse (111) um mindestens 110 Winkelgrade schwenkbar ist, dadurch gekennzeichnet, - dass der Doppelschwenkwechseladapter einen ersten Antrieb (40) hat, der das Werkzeugschwenkaggregat (90) um die Mittelli- 20 nie (99) der Aggregatespindel (92) in jeder Rotationsrichtung um jeden beliebigen Schwenkwinkel schwenkbar macht, wobei der !; Schwenkwinkel gleich groß oder größer ist, als der kleinste ansteuer- oder ausregelbare Verstellwinkel dieses Antriebs (40) , 25 - dass der Doppelschwenkwechseladapter einen zweiten Antrieb (60) hat, der ein an einem Antriebselement (95) des schwenkkopfeigenen Schwenkgetriebes (113) ankuppelbares Mitnahmeelement (96) in jeder Rotationsrichtung um die Mittel- - linie (99) der Aggregatespindel (92) um jeden beliebigen 30 Schwenkwinkel schwenkbar macht, der gleich groß oder größer ist als der kleinste ansteuer- oder ausregelbare Verstell- —1 winkel dieses Antriebs (60) und - dass die beiden Antriebe (40, 60) synchron und asynchron zueinander antreibbar sind. 2. Doppelschwenkwechseladapter gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittellinie (19) der Hauptspindel des Haupt- 5 spindelaggregats (10) zur Mittellinie (99) der Aggregatespindel (92) fluchtet. 3. Doppelschwenkwechseladapter gemäß Anspruch 1, dadurch gekenn- 10 zeichnet, dass der erste Antrieb (40) eine Schwenkbüchse (41) antreibt, die auf dem Gehäuse (12) des Hauptspindelaggregats (10) wälzgelagert ist. 15 4. Doppelschwenkwechseladapter gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Schwenkbüchse (41) eine Mittellinie hat, die mit der Mittellinie (19) des Hauptspindelaggregats (10) deckungsgleich ist. 20 5. Doppelschwenkwechseladapter gemäß Anspruch 1, dadurch gekenn- -1-· zeichnet, dass der zweite Antrieb (60) einen Antriebsring (61) " antreibt, der auf einem zumindest bereichsweise rohrförmigen Wechseladaptergehäuse (21) wälzgelagert ist. 6. Doppelschwenkwechseladapter nach mindestens einem der voran gegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittell nien der Schwenkbüchse (41) und des Antriebsringes (61) deckungsgleich sind und dass die Längsausdehnung des Antriebsrin ges (61) - gemessen in Richtung der Mittellinie (19) des Haupt spindelaggregats (10) - sich innerhalb der Längsausdehnung der Schwenkbüchse (41) befindet. 7. Doppelschwenkwechseladapter nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die untere Stirnfläche der Schwenkbüchse (41) weniger als 10 Millimeter von der unteren Stirnfläche des Antriebsringes (61) entfernt ist. 8. Doppelschwenkwechseladapter gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Getriebe (83) des zweiten Antriebs (60) ein Hohlradgetriebe ist. |
10 Beschreibung:
Die Erfindung betrifft einen an einem Hauptspindelaggregat angeordneten Doppelschwenkwechseladapter zum austauschbaren Einwechseln eines Werkzeugschwenkaggregats, das einen in einem Schwenk- 15... aggregategehäuse gelagerten Schwenkkopf hat, in dem eine an- ■ treib- und drehbare Werkzeugaufnähme angeordnet ist, wobei der s Schwenkkopf im Schwenkaggregategehäuse mittels eines Schwenkgetriebes um eine quer zur Mittellinie der Aggregatespindel des Werkzeugschwenkaggregats orientierte Schwenkachse um mindestens 20 100 Winkelgrade schwenkbar ist.
10
Aus der DE 10 2004 062 138 B3 ist ein Wechseladapter mit einem daran adaptierten Werkzeugschwenkaggregat bekannt. Das Werkzeug-
25 schwenkaggregat selbst ist über den Wechseladapter um eine vertikale Achse schwenkbar am Maschinenschlitten einer Werkzeugma-
" '■5 · schine gelagert. Im Gehäuse des Werkzeugschwenkaggregats sitzt ·; ein um eine horizontale Achse schwenkbarer Schwenkkopf. Das
Werkzeugschwenkaggregat und sein Schwenkkopf werden von einem
30 einzigen Servomotor angetrieben. Die Rotationsbewegung des Servomotors wird über ein elektrisch schaltbares Getriebe entweder zum Schwenken des Schwenkkopfes oder für die Rotationsbewegung des Werkzeugschwenkaggregats verwendet. Das Schwenken des
Schwenkkopfes ist hierbei nur eine reine Verstellbewegung, für
BESTÄTIGUNGSKOPIE die das Werkzeugschwenkaggregat gegenüber dem Wechseladapter in eine bestimmte Position geschwenkt werden muss.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Problemstellung zugrunde, ein Doppelschwenkwechseladapter zu entwickeln, der ein übliches, auswechselbares Werkzeugschwenkaggregat, das einen um eine zweite Mittellinie schwenkbaren Schwenkkopf mit Werkzeugaufnahme aufweist und keinen eigenen Antrieb hat, von außen so manipuliert, dass die Werkzeugaufnähme neben ihrer regulären Rotation um ihre eigene erste Mittellinie um eine zweite, zu dieser senkrechte Mittellinie eine Arbeitsbewegung durchführen kann.
Diese Problemstellung wird mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Dazu hat der Doppelschwenkwechseladapter einen ersten Antrieb, der das Werkzeugschwenkaggregat um die Mittellinie der 0, Aggregatespindel in jeder Rotationsrichtung um jeden beliebigen Schwenkwinkel schwenkbar macht, wobei der Schwenkwinkel gleich
1C groß oder größer ist, als der kleinste ansteuer- oder ausregelbare Verstellwinkel dieses Antriebs. Der Doppelschwenkwechseladapter hat ferner einen zweiten Antrieb, der ein an einem An- 5 triebselement des schwenkkopfeigenen Schwenkgetriebes ankuppelbares Mitnahmeelement in jeder Rotationsrichtung um die Mittel-
; linie der Aggregatespindel um jeden beliebigen Schwenkwinkel
schwenkbar macht, der gleich groß oder größer ist als der kleinste ansteuer- oder ausregelbare Verstellwinkel dieses An- 0 triebs . Die beiden Antriebe sind synchron und asynchron zueinander antreibbar. Mit dem erfindungsgemäßen Doppelschwenkwechseladapter werden einem am Hauptspindelaggregat einer Werkzeugmaschine einwechselbar gelagertes Werkzeugschwenkaggregat, das keinen eigenen Antrieb hat, zwei im oder am Gehäuse des Doppelschwenkwechseladapters untergebrachte Antriebe zur Verfügung gestellt. Die an entsprechende Kupplungen des Werkzeugschwenkaggregats andockenden Kupplungsgegenstücke der doppelschwenkwechseladapterseitigen Antriebe können ein Werkzeug, das in der Werkzeugaufnahme des Werkzeugschwenkaggregats eingespannt ist, unter Last - bei ortsfestem Hauptspindelaggregat - so antreiben, dass die Spitze des Werkzeuges jeden Punkt einer gekrümmten Raumfläche erreicht, die die Form eines Kugelabschnitts hat. Die Höhe des Kugelabschnitts ist dabei größer als der Kugelradius.
Für eine stetige Bewegung der Spitze des Werkzeuges auf dieser gedachten Raumfläche überlagern sich die Bewegungen der beiden Antriebe, sobald die Bewegung der Werkzeugspitze eine Komponente hat, die parallel zur Höhe des Kugelabschnitts orientiert ist.
Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen. Es folgt die Beschreibung eines zumindest teilweise schematisch dargestellten Ausführungsbeispiels.
Figur 1: Hauptspindelgehäuse mit einem Doppelschwenkwechseladapter und eingewechseltem Werkzeugschwenkaggregat;
Figur 2: wie Figur 1, jedoch um 135 Winkelgrade geschwenkt, von der Werkzeugaufnahme aus gesehen;
Figur 3: wie Figur 2, jedoch um 90 Winkelgrade geschwenkt, von der Werkzeugaufnahme aus gesehen; Figur 4: Ausschnittvergrößerung zu Figur 2, jedoch mit ver- '· ■ schwenktem Schwenkkopf und dem schematisch dargestellten Schwenkgetriebe;
Figur 5: Ausschnittvergrößerung zu Figur 3, mit dem schematisch 5 dargestellten werkzeugschwenkaggregateseitigen Getriebe für den Antrieb der Werkzeugaufnahme;
' " · Figur 6: Schnitt eines Werkstückes mit einer Kugelkappen- ausfräsung .
10
Die Figur 1 zeigt in der Seitenansicht eine Kombination aus einem Hauptspindelaggregat (10), einem Doppelschwenkwechseladapter (20) und einem Werkzeugschwenkaggregat (90) . Das Hauptspin- delaggregat (10) ist über eine plane Flanschfläche (11), vgl. 15 Figur 3, seines Gehäuses (12) am einem - hier nicht dargestellten - Schlitten einer Werkzeugmaschine angeflanscht.
Die z.B. vertikal ausgerichtete Hauptspindel des Hauptspindel- *;: aggregats (10), in den Figuren 1 bis 5 nicht dargestellt, ro- 0 tiert hier um eine Mittellinie (19) . Die Hauptspindel trägt das Werkzeugschwenkaggregat (90) über dessen Hohlschaftkegel (93). Sie treibt über ein werkzeugschwenkaggregateseitiges Getriebe (100), vgl. Figur 5, untere Hälfte der Darstellung, eine Werkzeugaufnahme (120) an. Die Werkzeugaufnahme (120) selbst 5 sitzt in einem Schwenkkopf (110), der um eine, hier z.B. horizontale Mittellinie (111), z.B. um 0 bis mindestens 110 Winkel- grade schwenkbar ist. Das hierzu erforderliche Schwenkgetriebe (113) ist in Figur 4, untere Hälfte, gezeigt. 0 Auf dem Gehäuse (12) des Hauptspindelaggregats (10) ist eine
Schwenkbüchse (41) gelagert, vgl. Figur 3, die von einem Mo- tor (50) mit mindestens einem Vorgelegegetriebe (51, 55) elektronisch geregelt und/oder gesteuert antreibbar ist. Die
Schwenkbüchse (41) verschwenkt das Gehäuse (91) des Werkzeug- schwenkaggregats (90) um die Mittellinie (19) der Hauptspindel. ■' ■:?: Der Schwenkwinkel und die Rotationsrichtung ist beliebig. Der Motor (50), seine Vorgelegegetriebe (51, 55) und die Schwenkbüchse (41) stellen eine Cl-Achse dar.
5
Um die Schwenkbüchse (41) herum, vgl. Figur 2, befindet sich ein Wechseladaptergehäuse (21) , auf dem ein Antriebsring (61) gelagert ist. Der Antriebsring (61) wird u.a. von einem Hohlradgetriebe (83) über einen Motor (80) elektronisch geregelt und/oder
10 gesteuert angetrieben, vgl. auch Figur 4, Figurenmitte. Der Antriebsring (61) ist gegenüber der Mittellinie (19) der Haupt-
: 'i spindel um jeden beliebigen Winkel in beide Rotationsrichtungen verstellbar. Der Motor (80), das oder die nachgeschalteten von ihm angetriebenen Getriebe (83) und der Antriebsring (61) stel-
15 len eine C2-Achse dar.
Der Antriebsring (61) trägt z.B. ein gabelförmiges Kupplungsstück (67), mit dem er an einem Umlaufring (95) des Werkzeugschwenkaggregats (90) gekuppelt ist. Der Umlaufring (95) treibt 20 das Schwenkgetriebe (113) des Schwenkkopfes (110) an. o
Um die Cl-Achse zu realisieren, vgl. Figur 5, ist auf dem Gehäuse (12) der Hauptspindel, unterhalb eines Gehäusebundes (15) ,
25 die Schwenkbüchse (41) gelagert. Die Schwenkbüchse (41) besteht aus einem Rohrabschnitt (44) , einem Bodenabschnitt (45) und
- ' ■ ■ einem Flanschabschnitt (42) . Im Bereich des Flanschabschnittes (42) ist die Schwenkbüchse (41) in einem Festlager (47) auf dem Hauptspindelgehäuse (12) gelagert. In der Nähe des Bodenab-
30 Schnitts (45) ist ein Rillenkugellager (48) als Loslager angeordnet. Im Bereich des Bodenabschnittes (45) befinden sich
Druckluftkupplungen, über die Druckluft an das Werkzeugschwenkaggregat (90) übertragen wird. Die Druckluftkupplungen sind an einem Kanalsystem (49) - hier nur gestrichelt angedeutet - ange- schlössen, das im oberen Bereich des Rohrabschnittes (44) in z.B. vier radialen Kanälen an der Außenwandung dieses Rohrabschnittes (44) endet.
5 Die Schwenkbüchse (41) ist von dem im Wesentlichen rohrförmigen Wechseladaptergehäuse (21) umgeben. Dieses Gehäuse (21) ist an dem Gehäusebund (15) des Hauptspindelgehäuses (12) starr angeordnet .
10 Im mittleren Bereich des Wechseladaptergehäuses (21) befinden sich in der Innenwandung vier nebeneinander liegende und gegeneinander abgedichtete Ringnuten (37) . Die Ringnuten (37) liegen vor den radialen Enden der zuvor beschriebenen druckluftführenden Kanäle (49) der Schwenkbüchse (41) . Jede Ringnut (37) ist
15 mit einem unterhalb der Flanschfläche (11), vgl. Figur 2, des Hauptspindelaggregats (10) gelegenen Druckluftanschlusswin- - kel (38) verbunden.
Oberhalb der Ringnuten (37) verbreitert sich das Wechseladapter- 20 gehäuse (21) , um dort den Cl -Motor (50) adaptieren zu können.
Das Vorgelegegetriebe (51) des Cl-Motors (50) ist hier z.B. ein 0 Planetengetriebe mit einer Untersetzung ins Langsame von z.B.
1:100.
25 In eine obere Adaptergehäuseverbreiterung (25) ragt von oben her die Ausgangswelle (52) des Vorgelegegetriebes (51) hinein. Auf i -i der Ausgangswelle (52) sitzt drehstarr ein Ritzelrad (56) . Dieses Ritzelrad (56) kämmt mit einer Außenverzahnung (43) , die in die radiale Außenfläche des Flanschabschnitts (42) der Schwenk-
30 büchse (41) eingearbeitet ist. Der Grundkreisdurchmesser der
Außenverzahnung (43) ist ca. 1,8 mal größer als der Grundkreis-
2 ° durchmesser des Ritzelrades (56) . Der Cl-Motor sitzt auf einem z.B. nahezu planen Adaptergehäuse- i- ' i- deckel (26) , der das Wechseladaptergehäuse (21) nach oben hin teilweise verschließt, vgl. Figur 5. Zwischen dem Vorgelegegetriebe (51) des Cl-Motors (50) und dem Adaptergehäusedeckel (26) 5 befindet sich ein Stützrohr (33) .
Wird der Cl-Motor (50) bestromt, treibt das Ritzelrad (56) über die Außenverzahnung (43) die Schwenkbüchse (41) an. In Ausnehmungen der unteren Stirnseite der Schwenkbüchse (41) greifen
10 zum Werkzeugschwenkaggregat (90) gehörende, teilweise druckluftführende Stützzapfen (94) ein. Über Kupplungen aus den Aus- ü: ' nehmungen und den Stützzapfen (94) ist das Werkzeugschwenkaggregat (90) mit der Schwenkbüchse (41) spielfrei und drehstarr gekuppelt.
15
Das Wechseladaptergehäuse (21), vgl. Figur 4, hat im Bereich knapp unterhalb der Ringnuten (37) zwei den Außendurchmesser reduzierende Absätze (22, 23) . Der obere Absatz (22) stützt zen- 20 friert einen Auskragteller (27) ab, der mit dem Wechseladaptergehäuse (21) starr verschraubt ist.
i 0
Am unteren, zweiten Absatz (23) stützt sich mittels einer Wellenmutter (73) ein vorgespannter Verband aus zwei Wälzlagerin-
25 nenringe und zwei Distanzhülsen (72) ab. Die Wälzlagerinnenringen gehören zu zwei z.B. gleich großen Dünnringlagern (71),
'S die den Antriebsring (61) der C2-Achse lagern.
Der Antriebsring (61) besteht aus einem Rohrabschnitt (65),
30 einem Flanschbereich (62) und einem Stirnringdeckel (66) . Der
Rohrabschnitt (65) geht nach oben hin in den Flanschbereich (62) -0 über, wobei dieser sich axial von oben her am Außenring des oberen Dünnringlagers (71) abstützt. Der Flanschbereich (62) er- streckt sich nach oben unter Ausbildung einer Hohlradverzah- nung (63) bis zu einem deckel- bzw. plattenartigen Auskragteller (27) . Zwischen dem oberen Rand des Flanschbereiches (62) und dem Auskragteller (27) befindet sich eine Labyrinthdichtung (64) .
Nach unten hin wird der Rohrabschnitt (65) durch den angeschraubten Stirnringdeckel (66) abgeschlossen. Der Stirnringdeckel (66), an dem auch das gabelförmige Kupplungsstück (67) angeordnet ist, vgl. auch Figur 1 unteres Drittel, umgreift die untere Stirnfläche des Außenringes des unteren Dünnringlagers (71) . Die radiale, innen liegende Zylinderfläche des Stirnringdeckels (66) bildet mit der außen liegenden radialen Zylinderfläche der Wellenmutter (73) eine Spaltdichtung (68).
Nach Figur 4 greift in die Hohlradverzahnung (63) des Flanschbereiches (62) ein gerad verzahntes Zwischenrad (84) ein. Letzteres ist z.B. mittels fünf gleich großen Schulterlagern (87) auf einem Flanschbolzen (35) gelagert. Dabei werden die Schulterlager (87) über eine Wellenmutter (36) zur ^Verringerung der Lager- luft axial vorgespannt. Der Flanschbolzen (35) ist über seinem Flansch von unten her am Wechseladaptergehäuse (21) verschraubt.
In der Durchgangsbohrung des Zwischenrades (84) befindet sich ca. mittig ein Bund (85) . Oberhalb des Bundes (85) sind drei Schulterlager (87) so angeordnet, dass jeweils die Axialkräfte der Verspannung über die Schultern der drei Außenringe auf den Bund (85) übertragen werden. Die Schultern der Außenringe der beiden unteren Schulterlager (87) stützen die auf sie wirkenden Axialkräfte an der Unterseite des Bundes (15) ab.
Das Zwischenrad (84) kämmt mit einem auf der Motorwelle (81) des C2-Motors (80) sitzenden Antriebsritzel (86). Folglich nehmen die oberen drei Schulterlager (87) primär die zwischen dem Antriebsritzel (86) und dem Zwischenrad (84) auftretenden Zahn- kräfte auf, während die beiden unteren Schulterlager (87) die zwischen dem Zwischenrad (84) und der Hohlradverzahnung (63) wirkenden Zahnkräfte abstützen.
Das Zwischenrad (84) und das Antriebsritzel (86) sitzen in einer unteren Adaptergehäuseverbreiterung (31), deren Hohlraum (32) jedoch von unten her in das Wechseladaptergehäuse (21) eingearbeitet ist. Im unteren Bereich ist der Hohlraum (32) durch den Auskragteller (27) verschlossen.
Der Durchmesser des Wälzkreises der Hohlradverzahnung (63) ist z.B. um den Faktor 4,22 größer als der Durchmesser des Antriebsritzels (86) .
Unterhalb der Schwenkbüchse (41) befindet sich das Werkzeugschwenkaggregat (90), vgl. Figur 1. In seinem Schwenkaggregategehäuse (91) ist die Werkzeugaufnahme (120) in dem Schwenkkopf (110) um die horizontale Mittellinie (111) schwenkbar gelagert. Um die Schwenkbewegung zu realisieren, umfasst das Werkzeugschwenkaggregat (90) das Schwenkgetriebe (113), vgl. unten in Figur 4. Dazu weist der Schwenkkopf (110) ein Schneckenrad (114) auf, dessen Mittellinie deckungsgleich zur Schwenkachse (111) des Schwenkkopfes (110) ist. Das Schneckenrad (114) kämmt mit einer Schnecke (116), die als Teil einer wälzgelagerten Nebenwelle (115) im Schwenkaggregategehäuse (91) angeordnet ist. Die Mittellinie (119) der Nebenwelle (115) verläuft parallel zur Mittellinie (19) der Hauptspindel.
Im oberen Bereich trägt die Nebenwelle (115) ein Stirnrad (117), das mit einer Hohlradverzahnung (97) kämmt. Die Hohlradverzahnung (97) ist Teil eines im Schwenkaggregategehäuse (91) wälzgelagerten Umlaufringes (95) , der über die Kugellager (98) um die Mittellinie (99) rotierbar im Schwenkaggregategehäuse (91) gela- gert ist. Der Umlaufring (95) ist gegenüber dem Schwenkaggregategehäuse (91) oben und unten z.B. mittels Labyrinth- oder
Spaltdichtungen abgedichtet. Nach Figur 1 ist an der Außenwandung des Umlaufringes (95) ein Mitnahmeelement, der Mitnehmerza fen (96), angeschraubt. Der Mitnehmerzapfen (96) greift in die Gabelnut des Kupplungsstückes (67) des Antriebsringes (61) spielfrei oder zumindest nahezu spielfrei ein. Der Mitnehmerzapfen (96) ist in dem Bereich der Oberflächenstellen, die an den einander gegenüberliegenden Wandungen der Gabelnut anliegen, zumindest bereichsweise ballig geformt.
Die Kupplungsstelle Kupplungsstück ( 67 ) /Mitnahmezapfen (96) kann ggf. so umgestaltet werden, dass über sie zusätzlich Druckluft oder ein Hydraulikmedium transportiert werden kann, vgl. Kupp- lungsstelle Schwenkbüchse (41) /Stützzapfen (94). Über Letztere kann ebenfalls ein Hydraulikmedium gefördert werden. Es ist auch denkbar, neben der Druckluft oder dem Hydraulikmedium ein Kühl- und/oder Schmiermittel zum Schwenkkopf (110), zur Werkzeugaufnahme (120) oder zum Werkzeug (130), vgl. Figur 6, zu pumpen.
Zwischen den Montagefugen des Doppelschwenkwechseladapters und dem Werkzeugschwenkaggregat (90) können auch elektrische
Schnittstellen zur Übertragung von Laststrom oder von Signalen vorgesehen werden.
Soll nun für einen Umrüstvorgang oder für eine ' Werkstückbearbei- tung die Werkzeugaufnahme (120) , aus der in Figur 1 gezeigten
Position, um z.B. 45 Winkelgrade in die in Figur 4 dargestellte Position verschwenkt werden, wird z.B. bei blockierter Hauptspindel und bei blockiertem Cl-Antrieb (40) der C2-Motor (80) bestromt. Das Antriebsritzel (86) versetzt über das Zwischen- - rad (84) den Antriebsring (61) über dessen Hohlradverzah- ; ' nung (63) in eine Drehbewegung um die Mittellinie (19) der
Hauptspindel. Der Antriebsring (61) überträgt die Rotationsbewegung mittels des gabelförmigen Kupplungsstücks (67) auf den 5 Mitnehmerzapfen (96) des werkzeugschwenkaggregateseitigen Umlaufringes (95). Die Hohlradverzahnung (97) des Umlaufrin- ' ges (95) dreht über das Stirnrad (117) die Nebenwelle (115) und damit auch die Schnecke (116) . Die rotierende Schnecke (116) versetzt das mit dem Schwenkkopf (110) gekuppelte Schnecken- 10 rad (114) in eine Schwenkbewegung. Die Werkzeugaufnähme (120) wird somit um die horizontale Mittellinie (111) verschwenkt.
Diese Schwenkbewegung der Kombination aus Schwenkkopf (110) und Werkzeugaufnahme (120) funktioniert auch bei einer unter Last 15 stehenden - sich um ihre eigene geometrische Achse bzw. Mittellinie (129) rotierenden - Werkzeugaufnahme (120) .
Dazu ist nach Figur 5, unten, die Hauptspindel über den Hohlschaftkegel (93) mit der zentralen im Schwenkaggregatge-
20 häuse (91) wälzgelagerten Aggregatespindel (92) gekuppelt. Die Mittellinie der Aggregatespindel (92) ist deckungsgleich zur
-° Mittellinie (19) der Hauptspindel. Am unteren Ende der Aggregatespindel (92) ist ein Planrad (101) drehstarr angeflanscht.
25 Unterhalb des Planrades (101) befindet sich gemäß Figur 5 die Lagerwelle des Schwenkkopfes (110) . Sie wird hier symbolisch durch die Mittellinie (111) repräsentiert, die zugleich die Schwenkachse des Schwenkkopfes (110) ist. Auf der konkret nicht dargestellten Lagerwelle sitzt wälzgelagert ein sogenanntes Kom-
30 birad (103). Letzteres ist eine z.B. einteilige Kombination aus einem Kombistirnrad (104) und einem Kombiplanrad (105) . Das Kom-
20 bistirnrad (104) kämmt mit dem Planrad (101) der Aggregatespindel (92) . Das Kombiplanrad (105) wiederum ist mit einem Ab-
1 ' ··' triebsstirnrad (121) verzahnt, das auf der Welle der Werkzeug- aufnähme (120) drehstarr gelagert ist. Die Welle der Werkzeugaufnahme (120) selbst sitzt wälzgelagert im Schwenkkopf (110) und rotiert um die Mittellinie (129), vgl. Figur 4, unten. Die hier verwendeten Verzahnungspaarungen Planrad/Stirnrad können 5 auch durch entsprechende Kegelrad/Kegelrad-Paarungen ersetzt werden .
Folglich treibt die Hauptspindel die Werkzeugaufnahme (120) über das Planrad (101) und das Kombirad (103) an. Die Rotationsbewe-0 gung der Werkzeugaufnahme (120) um die Mittellinie (129) wird also nicht unterbrochen, wenn die Werkzeugaufnahme (120) als Teil des Schwenkkopfes (110) um die A-Achse bzw. die Mittellinie (111) schwenkt. 5 Somit kann z.B. bei einem Fräsvorgang der rotierende Fräser bei einer Rotation des Werkzeugschwenkaggregats (90) um die Mittel- ~> linie (19) der Hauptspindel gedreht und zugleich um die Schwenkachse (111) des Schwenkkopfes (110) verschwenkt werden. 0
Ein rein theoretisches Beispiel für einen derartigen Bearbeitungsvorgang ist die Herstellung einer sphärischen Vertiefung (142) in einer planen Holzplatte (140), vgl. Figur 6. Die herauszuarbeitende Vertiefung (142) soll in erster Näherung eine5 Raumfläche in Form einer negativen Kugelkappe haben. In der
Werkzeugaufnahme (120) wird dazu ein Gesenkfräser (130) mit run- der Stirn (131) nach DIN 1889 BB eingespannt. Die Hauptspindel wird gegenüber der Holzplatte (140) so ausgerichtet, dass der Gesenkfräser die unbearbeitete, ebene Holzplattenoberflä-0 che (141) mit der Fräserstirn (131) gerade berührt, wenn der
Schwenkkopf (110) um 45 Winkelgrade aus der Senkrechten ge- ΰ schwenkt ist, vgl. auch Schwenkkopfposition nach Figur 4. Nun werden die die Hauptspindel tragenden Maschinenschlitten der Werkzeugmaschine blockiert. Das Herausarbeiten der Kugelkappe erfolgt nun ausschließlich mittels des Hauptspindelantriebs sowie der Cl- und C2-Antriebe. Zunächst rotiert die Mittellinie (129) des Gesenkfräsers (130) 5 auf dem Mantel eines Kegels, der einen Spitzenwinkel von 90 Winkelgrade hat. Der Antriebsring (61) und die Schwenkbüchse (41) * rotieren mit gleicher Winkelgeschwindigkeit. Bei dieser ersten Umdrehung erfolgt noch kein Materialabtrag.
10 Nach dieser Umdrehung wird nun der Spitzenwinkel über den C2-Antrieb um z.B. 12 Winkelgrade auf 78 Winkelgrade verringert. Dazu ändert der C2-Motor kurzfristig seine Drehzahl, um dann wieder den Antriebsring (61) und die Schwenkbüchse (41) mit gleicher Winkelgeschwindigkeit rotieren zu lassen. Bei jeder weiteren Um-
15 drehung werden durch eine kurzzeitige C2-Motordrehzahländerung jeweils wieder 12 Winkelgrade vom Spitzenwinkel des Kegels, auf 'i dem die Mittellinie (129) umläuft, subtrahiert. Nach 8 Umdrehungen weist die Holzplatte (140) zumindest annähernd eine ku- gelkappenförmige Vertiefung (142) auf. Die Hüllfläche der kugel-
20 kappenförmige Vertiefung (142) ist ein Kugelabschnitt. Die Höhe des Kugelabschnitts entspricht der maximalen Tiefe der Ausfrä-
- sung .
Bei dem beschriebenen Bewegungsablauf bewegt sich die geometri- 25 sehe Mitte der halbrunden Fräserstirn (131) pro Schwenkbüchsenumdrehung auf z.B. 355 Winkelgraden auf einer Ebene, um dann auf einem Bogenstück, das entsprechend einen Winkel von fünf Winkelgraden einschließt, auf eine tiefere Ebene zu schwenken. Dieses gestufte Abtragen, das sich in Figur 6 in Form von kreisförmigen 30 Rillen (143) zeigt, die zudem parallel zur Plattenoberfläche (141) ausgerichtet sind, kann durch eine entsprechende Pro-■ ' ' ■ ■> * grammierung der Steuerung der Cl- und C2-Motoren (50, 80) in ein kontinuierliches Abtragen gewandelt werden. Hierbei wird die geometrische Mitte (132) der halbrunden Fräserstirn (131) schraubenförmig von oben und außen nach unten und innen bewegt, wobei als innen die Nähe zur Mittellinie (19) bezeichnet wird. Damit fallen die jeweils kurzzeitig zwischengeschalteten Übergänge zwischen den einzelnen horizontalen Rillen (143) weg.
Für diese Arbeitsabläufe benötigen die Cl- und C2-Motoren, in der Regel Servomotoren, jeweils ein digital-absolutes Drehwin- kelmesssystem, sodass im Zusammenwirken mit der Motoren- bzw. Maschinensteuerung zu jedem Zeitpunkt die absolute Winkellage der Schwenkbüchse (41) und des Antriebsringes (61) gegenüber der Mittellinie (19) der Hauptspindel bekannt sind.
Der Doppelschwenkwechseladapter und das Werkzeugschwenkaggregat (90) weisen eine Vielzahl von Zahnradgetrieben (55, 83, 100, 113) auf. Zumindest ein Teil der Getriebe (55, 83, 100, 113) kann z.B. über an den Gehäusen (21, 91) angeordnete Minimalmen- genöler, z.B. in bestimmten Zeitabständen, durch Vernebeln von Schmiermitteltropfen geschmiert werden.
Bezugszeichenliste :
10 Hauptspindelaggregat
11 Flanschfläche
5 12 Gehäuse, Hauptspindelgehäuse
15 Gehäusebund
19 Mittellinie der Hauptspindel
10 20 Doppelschwenkwechseladapter
21 Wechseladaptergehäuse, Gehäuse
22 Absatz, oberer, erster
23 Absatz, unterer, zweiter
25 Adaptergehäuseverbreiterung, oben 15 26 Adaptergehäusedeckel
27 Auskragteller
31 Adaptergehäuseverbreiterung, unten
32 Hohlraum
20 33 Stützrohr
" >■ : r - 35 Flanschbolzen (für C2-Getriebe)
36 Wellenmutter
37 Ringnuten, z.B. vier
25 38 Druckluftanschlusswinkel
40 erster Antrieb, Cl-Antrieb
41 Schwenkbüchse
30 42 Flanschabschnitt
43 Außenverzahnung
44 Rohrabschnitt
45 Bodenabschnitt 47 Festlager
■■ · ' 48 Loslager, Rillenkugellager
49 Kanalsystem, Kanäle
5 50 Cl-Motor; Servomotor (ggf. mit Tachogenerator)
51 Vorgelegegetriebe, antriebsgehäuseintern;
Planetengetriebe, Getriebe
52 Ausgangswelle
10 55 Vorgelegegetriebe, extern
56 Ritzelrad
j ■ "'
60 zweiter Antrieb, C2-Antrieb
15 61 Antriebsring
62 Flanschbereich
" > 63 Hohlradverzahnung
64 Labyrinthdichtung
65 Rohrabschnitt
20 66 Stirnringdeckel
67 Kupplungsstück, gabelförmig
68 Spaltdichtung
71 Wälzlager, Dünnringlager
25 72 Distanzhülsen
73 Wellenmutter
80 C2-Motor; Servomotor (ggf. mit Tachogenerator)
81 Motorwelle
30 83 Hohlradgetriebe, Getriebe
84 Zwischenrad
85 Bund, Bohrungsbund
86 Antriebsritzel
87 Wälzlager, Schulterlager Distanzring
Werkzeugschwenkaggregat
Schwenkaggregatgehäuse, Gehäuse
Aggregatespindel
Hohlschaftkegel Stützzapfen, ggf. druckluftführend
Umlaufring, Antriebselement
Mitnahmeelement, Mitnehmerzapfen
Hohlradverzahnung
Kugellager
Mittellinie Getriebe für Werkzeugrotation
Planrad
Kombirad
Kombistirnrad
Kombiplanrad Schwenkkopf
Schwenkachse, Mittellinie, A-Achse, horizontal Schwenkgetriebe, Getriebe
Schneckenrad
Nebenwelle, wälzgelagert
Schnecke
Stirnrad
Mittellinie Werkzeugaufnahme
Abtriebsstirnrad
Mittellinie 130 Werkzeug, Gesenkfräser
131 Fräserstirn, halbkugelförmig 132 geometrische Mitte der Fräserstirn
140 Werkstück, Holzplatte
141 Werkstückoberfläche, plan
142 Vertiefung, kugelkappenförmig
143 Rillen
Next Patent: ITEM OF JEWELRY