DD284628A5 - Schwenkeinrichtung - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Schwenkeinrichtung. Es sind zwei parallele Schwenkachsen vorgesehen, die einen ersten Schwenkarm mit einem maschinengebundenen Bauteil bzw. einem die Arbeitsspindel oder den Arbeitstisch aufnehmenden zweiten Schwenkarm gelenkig verbinden, der zwangslaeufig mit dem entgegengesetzten Drehsinn und der doppelten Geschwindigkeit schwenkbar ist wie der erste Schwenkarm. Fig. 1{Schwenkeinrichtung; Schwenkachsen, parallel; Bauteil, maschinengebunden; Arbeitstisch; Arbeitsspindel; Schwenkarm; zwangslaeufig}

Description

Hierzu 6 Seiten Zeichnungen

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft eine Schwenkeinrichtung, mit der insbesondere die Arbeitsspindel oder der Arbeitstisch einer numerisch gesteuerten Werkzeugmaschine, vorzugsweise eines Fünfseiten-Bearbeitungszentrums, zwischen zwei zueinander senkrechten Stellungen, in denen die gedachten Arbeitsspindelachsen bzw. Arbeitstischnormalen einen werkstückseitigen Schnittpunkt bilden, in einer Ebene schwenkbar ist. Ihr Hauptanwendungsgebiet sind Bearbeitungszentren, mit denen Werkstücke in einer Aufspannung an fünf Seiten automatisch bearbeiten werden können.

Charakteristik des bekannten Standes der Technik

Fünfseitenbearbeitung wird bei einem mit drei linearen und einer Drehachse ausgestatteten Bearbeitungszentrum dadurch realisiert, daß die Arbeitsspindel oder der Arbeitstisch zwischen einer waagerechten und einer senkrechten Stellung schwenkbar ist. Derartige Schwenkbewegungen sind bei einer Vielzahl bekannter Spindelköpfe und Arbeitstische möglich. Ist der Spindelkopf z. B. um eine horizontale Achse schwenkbar (DE-OS 2201057), verkürzt sich der Verfahrweg in einer der Werkzeugachsen. Dies ist auch bei einem in zwei orthogonalen Ebenen schwenkbaren Spindelkopf der Fall, wenn die raumfeste horizontale Schwenkachse mit der Spindelstockachse zusammenfällt (Fräsmaschine alcera 1003 der Fa. Amstutz Levin & Cie, FR/Prospekt). Die Verkürzung des Verfahrensweges wird vermieden, wenn beide Schwenkebenen einen Winkel von 45 Grad einschließen (DE-OS 3526493, Fräskopf SFK der Fa. REIDEN Werkzeugmaschinenfabrik AG, CH/Prospekt) oder die raumfeste horizontale Schwenkachse senkrecht zur Spindelkopfachse verläuft (DD-WP 235201), wobei die zuerst genannte Lösung den Vorteil hat, das Werkzeug zwischen den orthogonalen Stellungen in einer Ebene führen zu können. Dafür sind jedoch zwei Steuerachsen erforderlich, die einen hohen Geräte- und Programmieraufwand verkörpern. Ebenfalls sehr aufwendig sind Lösungen, bei denen die Arbeitsspindel (DE-OS 2910 603) oder der Arbeitstisch (DE-OS 25 28677) entlang einer an der Maschine angeordneten Kurve geführt ist. Die Kuve selbst behindert den Zugriff von Wechseleinrichtungen zum Werkzeug bzw. das Verfahren des Werkstücks. Ist die Arbeitsspindel in einem schaukelartig ausgebildeten Spindelkopf aufgenommen, der um eine den Arbeitspunkt des Werkzeuges schneidende Schwenkachse beweglich ist (DE-OS 1502077), verbleiben wiederum hohe Aufwände und Behinderungen des Werkzeugwechsels.

Ziel der Erfindung

Es ist Ziel der Erfindung, bei einfacher Steuerung ebener Schwenkbewegungen und voller Ausschöpfung maschinengebundener Verfahrwege in zueinander senkrechten Schwenkstellungen den Aufwand zu verringern und den Zugang zum Werkzeug bzw. die Verfahrmöglichkeiten des Werkstücks zu verbessern.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schwenkeinrichtung, mit der insbesondere die Arbeitsspindel oder der Arbeitstisch einer numerisch gesteuerten Werkzeugmaschine, vorzugsweise eines Fünfseiten-Bearbeitungszentrums, zwischen zwei zueinander senkrechten Stellungen, in denen die gedachten Arbeitsspindelachsen bzw. Arbeitstischnormalen einen werkstückseitigen Schnittpunkt bilden, in einer Ebene schwenkbar ist, zu schaffen, bei der sowohl festverlegte Bewegungsbahnen und seitliche Umbauungen des Werkzeuges bzw. Werkstückes als auch mehrere zu steuernde Bewegungsachsen vermieden werden.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß zwei parallele Schwenkachsen vorgesehen sind, die einen ersten Schwenkarm mit einem maschinengebundenen Bauteil bzw. einem die Arbeitsspindel oder den Arbeitstisch aufnehmenden zweiten Schwenkarm gelenkig verbinden, der zwangläufig mit dem entgegengesetzten Drehsinn und der doppelten Geschwindigkeit schwenkbar ist wie der erste Schwenkarm.

Im ersten Schwenkarm sind koaxial zu den Schwenkachsen zwei mit dem maschinengebundenen Bauteil bzw. dem zweiten Schwenkarm drehfest verbundene und untereinander in getrieblicher Verbindung stehende Getrieberäder angeordnet.

Die Getrieberäder können als Zahnriemenscheiben, Stirn- oder Schneckenräder ausgebildet sein, die mit einem endlosen Zahnriemen, einem zwischengeschalteten Stirnrad bzw. zwei auf einer gemeinsamen Welle drehfest angeordneten Schnecken in Eingriff stehen.

Die koaxial zur maschinen- und werkstückseitigen Schwenkachse angeordneten Getrieberäder weisen dann ein Übersetzungsverhältnis von 1:2 auf.

Mit der Innenverzahnung eines im ersten Schwenkarm koaxial zur maschinenseitigen Schwenkachse angeordneten Hirth-Verzahnungsringes, der mit einem im maschinengebundenen Bauteil angeordneten Hirth-Verzahnungsring korrespondiert, steht ein Stirnrad in Eingriff, dessen im maschinengebundenen Bauteil gelagerte Welle mit einem im maschinengebundenen Bauteil angeordneten rotierenden Antrieb gekoppelt ist.

Ein im ersten Schwenkarm angeordneter rotierender Antrieb kann an die das zwischengeschaltete Stirnrad bzw. die Schnecken tragende Welle gekoppelt sein.

Unabhängig von seinem Sitz ist dem Antrieb ein Meßsystem zugeordnet.

Die im zweiten Schwenkarm gelagerte Arbeitsspindel und eine im maschinengebundenen Bauteil gelagerte und an einen rotierenden Antrieb koppelbare Antriebswelle sind über Kegelradpaare und koaxial durch die Getrieberäder hindurchreichende Wellen, die innerhalb des ersten Schwenkarmes in getrieblicher Verbindung stehen, welche vorzugsweise als Zahnriementrieb ausgebildet ist, gekoppelt.

Ausführungsbeispiel

Die Erfindung wird nachstehend anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert. Die zugehörigen Zeichnungen zeigen neben Schwenkstellungen und der aus dem Zwangslauf resultierenden Bewegungsbahn schematische Draufsichten auf Spindelstocke mit erfindungsgemaßen Schwenkeinrichtungen. Aus Gründen der Anschaulichkeit wurden die Schwenkarme, die die Arbeitsspindeln aufnehmen, um 90 Grad verdreht dargestellt.

tm einzelnen zeigen

Fig. 1: eine erfindungsgemäß geschwenkte Arbeitsspindel in zwei zueinander senkrechten Stellungen Fig. 2: einen erfindungsgemäß geschwenkten Arbeitstisch in zwei zueinander senkrechten und einer Zwischenstellung Fig. 3: die Bewegungsbahn des Mittelpunktes der Vorderseite erfindungsgemäß geschwenkter Arbeitsspindeln oder Arbeitstische

Fig.4: eine Schwenkeinrichtung mit Zahnriementrieb und im Spindelstock angeordnetem rotierenden Antrieb Fig.5: eine Schwenkeinrichtung mit Stirnradtrieb und im spindelstockseitigen Schwenkarm angeordnetem Antrieb Fig.6: eine Schwenkeinrichtung mit Schneckentrieb und im spindelstockseitigen Schwenkarm angeordnetem rotierenden

Antrieb Fig. 7: eine Seitenansicht auf den Schneckentrieb gemäß Fig. 6

Der Spindelstock 1 (Fig.4) wird mittels Wälzschraubtrieb 2 an Führungen 3 des Ständers 4 geführt. An seiner Seite ist ein Schwenkarm 5 drehbar um eine Achse 6 angeordnet. Direkt durch den Schwenkarm 5 verläuft eine zur Achse 6 parallele Achse 7, um die sich ein Schwenkarm 8 drehen kann, der parallel zur Drehebene die Arbeitsspindel 9 aufnimmt. Koaxial zu den Achsen 6,7 verbinden Hirthringpaare 10,1T formschlüssig Spindelstock 1 und Schwenkarm 5 bzw. beide Schwenkarme 5,8. Der schwenkarmseitige Hirthring des Hirthringpaares 10 weist eine Innenverzahnung 12 auf, die mit einem Stirnrad 13 in Eingriff steht, das über eine im Spindelstock 1 gelagerte Welle 14 an einen rotierenden Antrieb 15 gekoppelt ist. Am Spindelstock 1 ist koaxial zur Achse беіпе Zahnriemenscheibe 16 angebracht, die über einen endlosen Zahnriemen 17miteineramSchwenkarm 8 koaxial zur Achse 7 angebrachten Zahnriemenscheibe 18 in Verbindung steht. Durch die Zahnriemenscheiben 16,18 reichen Wellen 19 bzw. 20 hindurch, die im Schwenkarm 5 über einen Zahnriementrieb 21,22,23 gekoppelt sind. Im Spindelstock 1 steht die Welle 19 über ein Kegelradpaar 24,25 mit der an den Hauptantrieb 26 koppelbaren Antriebswelle 27 in Verbindung, während die Welle 20 über ein Kegelradpaar 28, 29 mit der im Schwenkarm 8 aufgenommenen Arbeitsspindel 9 verbunden ist. Gemäß Fig.5 können die Zahnriemenscheiben 16,18 auch durch Stirnräder 30, 31 ersetzt werden, zwischen die ein Stirnrad 32 geschaltet ist, dessen Welle mit einem rotierenden Antrieb 33 in Verbindung steht.

Schließlich ist es möglich, statt der Zahnriemenscheiben 16,18 Schneckenräder 34,35 einzusetzen, die in zwei auf einer gemeinsamen Welle 36 sitzende Schnecken 37,38 eingreifen (Fig. 6,7). Die Welle 36 ist über einen Stirnradtrieb 39 an einen rotierenden Antrieb 40 gekoppelt

Den Antrieben 15,33,40 sind Meßsysteme zugeordnet

Die Wirkungsweise ist folgende:

Wird der Antrieb 15 angesteuert (Fig. 4), beginnt sich der Schwenkarm 5 gegenüber dem Spindelstock 1 zu drehen. Das verursacht eine Lageänderung des Zahnriemens 17 auf der feststehenden Zahnriemenscheibe 16, was zum Drehen der Zahnriemenscheibe 18 führt. Da diese am Schwenkarm 8 befestigt ist, wird er dabei gegenüber dem Schwenkarm 5 gedreht. Aufgrund der Radienverhältnisse der Zahnriemenscheiben 16 und 18 von 2:1 erfährt die im Schwenkarm 8 aufgenommene Arbeitsspindel 9 eine Drehung um 180 Grad, wenn der Schwenkarm 5 um 90 Grad gedreht wird (Fig.1). Die Vorderseite der Arbeitsspindel 9 zeigt auf diese Weise auch in den Stellungen zwischen der waagerechten und senkrechten Lage in Richtung des nicht dargestellten Werkstücks, ohne daß Teile der Schwenkeinrichtung den Zugang zum Werkzeug behindern bzw. mehrere Steuerachsen einen hohen gerate- und programmtechnischen Aufwand mit sich bringen. (Eine solche Zwischenstellung ist in Fig. 2 für einen an einem Schwenkarm 8 aufgenommenen Arbeitstisch 41 gezeigt.) Die in Richtung des Werkstückes über einen Kreisbogenabschnitt hinaus gewölbte Bewegungsbahn des Mittelpunktes der Arbeitsspindelvorderseite (Fig.3) macht die Schwenkeinrichtung auch für längere Arbeitsspindeln geeignet. Die genannten Vorteile werden auch wirksam, wenn der Antrieb 33 (Fig. 5) auf das Zwischenrad 32 oder der Antrieb 40 (Fig. 7) über den Stirnradtrieb 39 auf die Schnecken 37, 38 wirkt. Dann resultiert die Bewegung des Schwenkarmes 5 gegenüber dem Spindelstock 1 aus dem Abrollen des Zwischenrades 32 auf dem Stirnrad 30 bzw. der Schnecke 37 auf dem Schneckenrad 34 und die Bewegung des Schwenkarmes 8 bzgl. des Schwenkarmes 5 aus der Übertragung der Drehbewegung des Zwischenrades 32 auf das Stirnrad 31 bzw. der Schnecke 38 auf das Schneckenrad 35. Das Koppeln und Entkoppeln der Hirthringpaare 10,11, die selbstverständlich auch durch Lageranordnungen 42,43 ersetzt werden können, erfolgt in allen Fällen auf bekannte Weise und ist deshalb nicht näher dargestellt.

Claims (12)

1. Schwenkeinrichtung, mit der insbesondere die Arbeitsspindel oder der Arbeitstisch einer numerisch gesteuerten Werkzeugmaschine, vorzugsweise eines Fünfseitenbearbeitungszentrums, zwischen zwei zueinander senkrechten Stellungen, in denen die gedachten Arbeitsspindelachsen bzw. Arbeitstischnormalen einen werkstückseitigen Schnittpunkt bilden, in einer Ebene schwenkbar ist, gekennzeichnet dadurch, daß zwei parallele Schwenkachsen (6,7) vorgesehen sind, die einen ersten Schwenkarm (5) mit einem maschinengebundenen Bauteil (1) bzw. einem die Arbeitsspindel (9) oder den Arbeitstisch (41) aufnehmenden zweiten Schwenkarm (8) gelenkig verbinden, der zwangsläufig mit dem entgegengesetzten Drehsinn und der doppelten Geschwindigkeit schwenkbar ist wie der erste Schwenkarm (5).

2. Schwenkeinrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß im ersten Schwenkarm (5) koaxial zu den Schwenkachsen (6,7) zwei mit dem maschinengebundenen Bauteil (1) bzw. dem zweiten Schwenkarm (8) drehfest verbundene und untereinander in getrieblicher Verbindung stehende Getrieberäder angeordnet sind.

3. Schwenkeinrichtung nach Anspruch 2, gekennzeichnet dadurch, daß die Getrieberäder als Zahnriemenscheiben (16,18) ausgebildet sind, um die ein endloser Zahnriemen (17) läuft.

4. Schwenkeinrichtung nach Anspruch 2, gekennzeichnet dadurch, daß zwischen die als Stirnräder (30,31) ausgebildeten Getrieberäder ein weiteres Stirnrad (32) geschaltet ist.

5. Schwenkeinrichtung nach Anspruch 2, gekennzeichnet dadurch, daß die als Schneckenräder (34, 35) ausgebildeten Getrieberäder mit auf einer gemeinsamen Welle (36) drehfest angeordneten Schnecken (37,38) in Eingriff stehen.

6. Schwenkeinrichtung nach einem der Ansprüche von 3 bis 5, gekennzeichnet dadurch, daß die koaxial zur maschinen- bzw. werkstückseitigen Schwenkachse (6, 7) angeordneten Getrieberäder ein Übersetzungsverhältnis von 1:2 besitzen.

7. Schwenkeinrichtung nach einem der Ansprüche von 1 bis 4, gekennzeichnet dadurch, daß mit der Innenverzahnung (12) eines im ersten Schwenkarm (5) koaxial zur maschinenseitigen Schwenkachse (6) angeordneten Hirthverzahnungsringes, der mit einem im maschinengebundenen Bauteil (1) angeordneten Hirthverzahnungsring korrespondiert, ein Stirnrad (13) in Eingriff steht, dessen im maschinengebundenen Bauteil (1) gelagerte Welle (14) mit einem im maschinengebundenen Bauteil (1) angeordneten rotierenden Antrieb (15) gekoppelt ist.

8. Schwenkeinrichtung nach Anspruch 4, gekennzeichnet dadurch, daß das zwischengeschaltete Stirnrad (32) über seine im ersten Schwenkarm (5) gelagerte Welle mit einem im ersten Schwenkarm (5) angeordneten Antrieb (33) gekoppelt ist.

9. Schwenkeinrichtung nach Anspruch 5, gekennzeichnet dadurch, daß die Welle (36) über einen Stirnradtrieb (39) mit einem im ersten Schwenkarm (5) angeordneten rotierenden Antrieb (40) gekoppelt ist.

10. Schwenkeinrichtung nach einem der Ansprüche von 7 bis 9, gekennzeichnet dadurch, daß dem rotierenden Antrieb (15, 33, 40) ein Meßsystem zugeordnet ist.

11. Schwenkeinrichtung nach einem der Ansprüche von 2 bis 10, gekennzeichnet dadurch, daß eine im maschinengebundenen Bauteil (1) gelagerte und an einen rotierenden Antrieb (26) koppelbare Antriebswelle (27) und die im zweiten Schwenkarm (8) gelagerte Arbeitsspindel (9) über Kegelradpaare (25, 24 bzw. 29, 28) und koaxial durch die Getrieberäder hindurchreichende Wellen (19 bzw. 20), die innerhalb des ersten Schwenkarmes (5) in getrieblicher Verbindung stehen, gekoppelt sind.

12. Schwenkeinrichtung nach Anspruch 11, gekennzeichnet dadurch, daß die Wellen (19, 20) über einen Zahnriementrieb (21, 22, 23) in Verbindung stehen.