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Mehrspindelkopf
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Die Erfindung betrifft einen Mehrspindelkopf mit mehreren, jeweils
einem Werkzeug zugeordneten Abtriebsspindeln, die über tbertragungsglieder von einem
allen Abtriebsspindeln gemeinsamen Zentralantrieb aus antreibbar sind, und mit zur
Lagerung der Abtriebsspindeln, der Ubertragungsglieder und des Zentralantriebs dienenden,
rechtwinklig zu den Spindelachsen angeordneten Decks mit plattenähnlicher Gestalt.
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Die Erfindung bezieht sich ferner auf ein Verfahren zur Herstellung
eines solchen Mehrspindelkopfes,
Mit Hilfe eines Mehrspindelkopfes
oder Bohrkastens der genannten Art können also von dem gemeinsamen Zentralantrieb
aus gleichzeitig mehrere, in ihrer Anzahl und Art dem jeweiligen Bearbeitungsvorgang
angepaßte Werkzeuge angetrieben werden. Solche Mehrspindelköpfe sind schon seit
langem bekannt. Die bekannten Mehrspindelköpfe sind jedoch in ihrem Aufbau verhältnismäßig
kompliziert und insbesondere aufwendig in der Herstellung. Dies deshalb, da sie
viele Einzelbauteile, wie z.B. zusätzliche Zwischenspindeln, tbertragungszahnräder
und ähnliche Ubertragungsglieder enthalten und da bei den herkömmlichen Mehrspindelköpfen
infolge ihres komplizierten Aufbaus die Lagerbohrungen der verschiedenen Spindeln
und Ubertragungsglieder einzeln gebohrt werden müssen, so daß jedes Deck einzeln
aufgespannt und entsprechend der Lage der Lagerbohrungen in verschiedenen Koordinaten
angefahren werden muß. Dies bringt erhebliche Herstellungskosten mit sich.
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Die Erfindung hat sich daher die Aufgabe gestellt, einen Mehrspindelkopf
der eingangs erwähnten Art zu schaffen, der einen einfachen Aufbau besitzt und dessen
Herstellungskosten bedeutend niedriger sind als die der bekannten Mehrspindelköpfe.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Vtertragungsglieder
eine erste und eine hierzu parallele
zweite Schwingscheibe enthalten,
wobei die beiden Schwingscheiben parallel zu den Decks verlaufen sowie in axialer
Richtung hintereinander angeordnet sind und in den Decks sämtliche Abtriebsspindeln
drehbar gelagert sind, wobei ferner jede Abtriebsspindel eine in der ersten Schwingscheibe
gelagerte erste Exzenterpartie sowie eine in der zweiten Schwingscheibe gelagerte
zweite Exzenterpartie aufweist und die Spindelachse mittig zwischen den Exzenterachsen
der beiden Exzenterpartien angeordnet ist, daß die beiden Schwingscheiben ihrerseits
auf vom Zentralantrieb aus antreibbaren Ubertragungswellen gelagert sind, die jeweils
einen ersten und einen zweiten, der ersten bzw. zweiten Schwingscheibe zugeordneten
Exzenterbereich besitzen, wobei die Achse der Ubertragungswelle mittig zwischen
den Exzenterachsen der beiden Exzenterbereiche angeordnet ist, und daß die Lagerbohrungen
für die Abtriebsspindeln in den zugehörigen Decks sowie in den Schwingscheiben und
die Lagerbohrungen für die Ubertragungswellen in den diesen zugeordneten Decks sowie
in den Schwingscheiben jeweils einen gleichen Durchmesser besitzen.
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Es sind also nur verhältnismäßig wenig tbertragungsglieder vorhanden,
da zum Antrieb sämtlicher Abtriebsspindeln nur zwei beim Betrieb jeweils eine in
bezug auf die Exzenterbewegung der anderen Schwingscheibe um 1800 versetzte Exzenterbewegung
ausführende Schwingscheiben benötigt werden,
wobei die Exzenterbewegungen
der beiden Schwingscheiben aufgrund der Exzenterpartien der Abtriebsspindeln in
eine Drehbewegung der Abtriebsspindeln umgesetzt werden. Da zwei Schwingscheiben
und somit je Abtriebsspindel bzw. Übertragungswelle zwei zueinander symmetrisch
angeordnete Exzenterpartien bzw. Exzenterbereiche vorhanden sind, ergibt sich eine
massenausgeglichene Anordnung, die bei großer Laufruhe die Übertragung verhältnismäßig
großer Drehmomente ermöglicht. Vor allem aber ist ein großer Vorteil des neuen Mehrspindelkopfes
darin zu sehen, daß außer der Lagerung der Abtriebsspindeln und der Übertragungswellen
im wesentlichen keine weiteren Lagerstellen vorhanden sind. Hieraus ergibt sich
nämlich, da ja die Lagerbohrungen jeder Abtriebsspindeln und jeder Übertragungswelle
in den Decks und in den Schwingscheiben zwangsläufig miteinander fluchten und da
erfindungsgemäß sowohl sämtliche Lagerbohrungen für die Abtriebsspindeln als auch
sämtliche Lagerbohrungen für die Übertragungswellen jeweils den gleichen Durchmesser
besitzen, daß in einer einzigen Aufspannung sämtliche Lagerbohrungen angebracht
werden können, indem man jeweils alle einer Abtriebsspindel oder einer Übertragungswelle
zugeordneten Lagerbohrungen in den verschiedenen Decks und Schwingscheiben in einem
Arbeitsgang bohrt. Die Decks müssen also nicht mehr einzeln bearbeitet werden, was
eine Kostenersparnis von etwa 50 % mit sich bringt.
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Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung des Mehrspindelkopfes
ist
dememz dadurch gekennzeichnet, daß in einem ersten Verfahrensschritt sämtliche Decks
sowie die beiden Schwingscheiben gegeneinander verspannt werden, daß danach die
Decks und die Schwingscheiben an den weiter die Abtriebsspindeln und die Übertragungswell
en aufnehmenden Stellen in einem Arbeitsgang durchbohrt werden und daß anschließend
die Abtriebsspindeln und die tbertragungswellen sowie die übrigen Übertragungsglieder
eingesetzt und montiert werden.
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Zweckmäßigerweise ist vorgesehen, daß die Übertragungswellen jeweils
mit ihrem einen Ende in einem ersten Deck und mit ihrem anderen Ende in einem dem
ersten Deck benachbarten zweiten Deck gelagert sind, wobei die Exzenterbereicbeund
die auf diesen sitzenden Schwingscheiben in dem Zwischenraum zwischen dem ersten
und dem zweiten Deck angeordnet sind und daß die an ihrem einen Ende die Exzenterpartien
aufweisenden Abtriebsspindeln von den Schwingscheiben ausgehend das zweite Deck
durchdringen und über dieses nach vorne hin vorstehen. Ferner kann dem zweiten Deck
ein Schutzdeck und/oder ein Außendeck, ein sogenanntes Bynette, vorgeschaltet sein,
die/das mit den Lagerbohrungen für die Abtriebsspindeln des zweiten Decks fluchtende
Lagerbohrungen gleichen Durchmessers für die nach außen hin vorstehenden Abtriebsspindeln
bzw. Werkzeuge sowie mit den Lagerbohrungen für die Übertragungswellen des ersten
und zweiten Decks
fluchtende Durchgangsbohrungen gleichen Durchmessers
enthalten/enthält. Diese an sich keinen unmittelbaren Verwendungszweck erfüllenden
Durchgangsbohrungen sind Überbleibsel des Herstellungsvorgangs der Lagerbohrungen
für die Übertragungswellen in dem inneren ersten und zweiten Deck.
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Der Zwischenraum zwischen dem ersten und dem zweiten Deck kann außerdem
mit seinem zwischen den Schwingscheiben und dem ersten Deck angeordneten Bereich
günstigerweise zur Aufnahme weiterer Übertragungsglieder des Antriebs der Übertragungswellen
vom am ersten Deck gelagerten Zentralantrieb aus, wie Zahnräder, Zahnriemen oder
Zahnketten dienen, was die Kompaktheit der Anordnung weiter erhöht.
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Des weiteren sind bei einer bevorzugten Ausführungsform zwei sWlnmetrisch
in bezug auf die Mitte der Schwingscheiben angeordnete Übertragungswellen vorhanden.
Hierdurch wird mit Sicherheit das Auftreten eines Totpunktes in der Exzenterbewegung
der Schwingscheiben vermieden. Bei großen zu übertragenden Drehmomenten und je nach
Anzahl der anzutreibenden Werkzeuge können auch mehr, vorteilhafterweise vier Übertragungswellen
vorhanden sein, die kreuzweise in bezug auf die Mitte der Schwingscheiben angeordnet
sind.
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Eine stabile Lagerung der Abtriebsspindeln erhält man dadurch,
daß
jede Abtriebsspindel über zwei Radiallager und ein Axiallager in bezug auf das zweite
Deck fixiert ist.
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Um die Schwungmassen der Schwingscheiben so niedrig wie möglich zu
halten, können diese ferner aus Leichtmetall, z.B.
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aus Aluminium bestehen. Dies erleichtert auch das Anbringen der Bohrungen
sowie deren Feinbearbeitung, wobei es aus diesem Grunde überdies zweckmäßig ist,
sämtliche Decks und die Schwingscheiben aus demselben Material zu fertigen.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nun an Hand der Zeichnung
beschrieben. Es zeigen: Fig. 1 den Querschnitt eines Mehrspindelkopfes in schematischer
Darstellung und Fig. 2 die Draufsicht der Schwingscheiben gemäß der Linie II-II
in Fig. 1.
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Der in der Zeichnung dargestellte Mehrspindelkopf oder Bohrkasten
dient zum Antreiben von fünfunddreißig Werkzeugen, denen jeweils eine Abtriebsspindel
zugeordnet ist. Von diesen fünfunddreißig Werkzeugen und Abtriebsspindeln sind in
Fig. 1 der Übersichtlichkeit wegen nur ein Werkzeug und eine Abtriebsspindel dargestellt.
Dieses Werkzeug 1 sowie diese Abtriebsspindel 2 stehen also im folgenden stellvertretend
für
sämtliche Werkzeuge und Abtriebsspindeln, wobei auf die Gesamtanordnung der Werkzeuge
und Spindeln weiter unten in Zusammenhang mit der Beschreibung der Fig. 2 noch eingegangen
werden wird.
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Der Mehrspindelkopf enthält eine gemeinsame Zentralantriebswelle 3,
von der aus sämtliche Abtriebsspindeln antreibbar sind. Die Zentralantriebswelle
3 ist mit Hilfe der Lager 4, 5 an einem Einsatzkörper 6 gelagert, der sich an einem
ersten Deck 7 mit seinem einen Ende unmittelbar und mit seinem anderen Ende über
eine an dem Deck 7 befestigte Abdeckung mittelbar abstützt.
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Außer dem ersten Deck 7 sind noch ein zweites Deck 9, ein Schutzdeck
10 sowie ein Außendeck 11, ein sogenanntes Lynette, vorhanden. Alle diese Decks
besitzen eine plattenähnliche Gestalt und sind rechtwinklig zu der Spindelachse
12 angeordnet. Sie dienen zur Lagerung der Abtriebsspindeln und von Übertragungsgliedern,
die die Drehbewegung der gemeinsamen Zentralantriebswelle 3 auf die Abtriebsspindeln
übertragen. Dabei enthalten die Ubertragungsglieder eine erste Schwingscheibe 13
sowie eine zweite Schwingscheibe 14, die parallel zueinander und zu den Decks 7,
9, 10, 11 verlaufen sowie in axialer Richtung hintereinander angeordnet sind.
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In den beiden Schwingscheiben 13, 14 sind sämtliche Abtriebsspindeln
mit ihrem einen Endbereich drehbar gelagert, wobei
die stellvertretend
dargestellte Abtriebsspindel 2 eine in der ersten Schwingscheibe 13 gelagerte erste
Exzenterpartie 15 sowie eine in der zweiten Schwingscheibe 14 gelagerte zweite Exzenterpartie
16 aufweist. Die beiden Exzenterachsen 17 bzw. 18 der beiden Exzenterpartien 15
bzw. 16 sind so angeordnet, daß die Spindelachse 12 in der Mitte zwischen ihnen
liegt, d.h., die beiden Exzenterpartien sind um 1800 verdreht zueinander angeordnet.
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Die beiden Schwingscheiben 13, 14 sind ihrerseits auf einer Übertragungswelle
gelagert, die von der Zentralantriebswelle 3 her in Drehung versetzt werden kann.
Hierzu dient eine Zahnradanordnung, die durch die Ubertragungsz.~hnräder 20, 21
schematisiert dargestellt ist. Hierauf soll nicht näher eingegangen werden, da derlei
Übertragungsanordnungen allgemein bekannt sind. Erwähnt sei nur, daß die Übertragung
der Drehbewegung der Zentralantriebswelle 3 auf die Übertragungswelle 19 auch mit
Hilfe von Zahnriemen oder Zahnketten erfolgen kann. Die Ubertragungswelle 19 stützt
sich ferner ihrerseits mit ihrem einen Ende über ein Lager 21 am ersten Deck 7 und
mit ihrem anderen Ende über ein Lager 22 am zweiten Deck ab und besitzt ähnlich
wie die Abtriebsspindel 2 einen ersten und einen zweiten, der ersten bzw.
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zweiten Schwingscheibe 13 bzw. 14 zugeordneten Exzenterbereich 23
bzw. 24, wobei die Achse 25 der Übertragungswelle 19 mittig zwischen den Exzenterachsen
26 bzw. 27 der beiden Exzenterbereiche 23 bzw. 24 angeordnet ist.
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Hieraus ergibt sich, daß beim Umlaufen der tbertragungswelle 19 die
beiden Schwingscheiben 13, 14 jeweils eine Exzenterbewegung ausführen, wobei die
beiden Exzenterbewegungen um 1800 phasenverschoben zueinander sind. Diese Exzenterbewegungen
der beiden Schwingscheiben werden mit Hilfe der beiden Exzenterpartien 17, 18 der
Abtriebsspindel 2 in eine Drehbewegung der Abtriebsspindel umgesetzt. Da jeweils
zwei symmetrisch zueinander angeordnete Exzenterpartien 15, 16 bzw. Exzenterbereiche
23, 24 vorhanden sind, ergibt sich eine massenausgeglichene Anordnung mit großer
Laufruhe, die die Übertragung verhältnismäßig großer Drehmomente erlaubt.
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Die Abtriebsspindel 2 und somit sämtliche Abtriebsspindeln durchdringen,
ausgehend von den Schwingscheiben 13, 14 das zweite Deck 9 und sind jeweils über
zwei radiale Lager 28, 29 und ein Axiallager 30 in bezug auf das zweite Deck 9 fixiert.
Anschließend durchquert die Abtriebsspindel 2 das dem zweiten Deck 9 vorgeschaltete
Schutzdeck 10 unter guter Abdichtung mit Hilfe des Dichtringes 31. Das mit der Abtriebsspindel
2 verbundene Werkzeug 1 durchdringt außerdem noch das Außendeck 11 und steht über
dieses nach außen hin vor.
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Ins gesamt durchdringt das Werkzeug 1 zusammen mit der Abtriebsspindel
2 die beiden Schwingscheiben 13, 14, das zweite Deck 9, das Schutzdeck 10 sowie
das Außendeck 11, wobei sämtliche zugehörigen Lagerbohrungen 32 bis 36
denselben
Durchmesser besitzen. Dabei ist in die Lagerbohrung 36 des Außendecks 11 eine den
Querschnitt der Lagerbohrung verringernde Lagerbüchse 37 eingesetzt. Auch die der
tbertragungswelle 19 zugeordneten Lagerbohrungen 38, 39, 40, 41 im ersten Deck 7,
in den beiden Schwingscheiben 13, 14 sowie im zweiten Deck 9 weisen einen gleichen
Durchmesser auf, der dem Durchmesser von Durchgangsbohrungen 42 bzw. 43 im Schutzdeck
10 bzw. im Außendeck 11 entspricht.
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Die Achse der Durchgangsbohrungen 42, 43 stimmt mit der Achse 25 der
Übertragungswelle 19 überein.
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Die gleichen Durchmesser der jeweils koaxial zueinander angeordneten
Bohrungen ermöglichen eine einfache Herstellung des Mehrspindelkopfes. Hierzu werden
nämlich in einem ersten Verfahrensschritt sämtliche Decks sowie die beiden Schwingscheiben
ohne die Abtriebsspindeln und ohne die anderen Übertragungsglieder gegeneinander
verspannt, wobei die beiden Schwingscheiben so verspannt werden, daß sie sich gegenseitig
decken und nicht gegeneinander um einen der Exzentrizität der Exzenterpartien entsprechenden
Betrag versetzt sind. Dann durchbohrt man vom Aussendeck 11 her die verschiedenen
Decks sowie die Schwingscheiben und bringt auf diese Weise jeweils in einem Arbeitsgang
einen Satz von Lagerbohrungen an. Anschließend löst man die Verspannung, insbesondere
die der Schwingscheiben 13, 14 und setzt die Abtriebsspindeln, die Ubertragungswellen
sowie die übrigen Übertragungsglieder ein
und montiert den Mehrspindelkopf
vollends fertig. Man braucht also nicht mehr jedes Deck einzeln einspannen und jede
Lagerbohrung für sich bohren, so daß sich der in der Zeichnung dargestellte Mehrspindelkopf
besonders billig herstellen läßt, wozu auch beiträgt, daß er aus verhältnismäßig
wenigen Einzelteilen besteht und insgesamt gesehen wenig Lagerstellen aufweist.
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Bevor nun auf die Gesamtanordnung der Abtriebsspindeln an Hand der
Fig. 2 eingegangen wird, sollen zunächst noch einige vorteilhafte Maßnahmen erwähnt
werden. Wie schon erwahnt, befinden sich die beiden Schwingscheiben 13, 14, die
im übrigen von den Abstützungen 45, 46 abgestützt werden, zwischen dem ersten und
dem zweiten Deck 7 bzw. 9. Da in diesem Zwischenraum und zwar zwischen der Schwingscheibe
14 und dem ersten Deck 7 auch sämtliche übrigen Übertragungsglieder untergebracht
sind, ergibt sich eine flache und kompakte Bauweise. Eine weitere vorteilhafte Maßnahme
besteht darin, daß die Schwingscheiben 13, 14 aus Leichtmetall, z.B. aus Aluminium
bestehen. Dies ergibt eine niedrige Schwungmasse und erleichtert das Bohren. Im
übrigen ist es auch zweckmäßig, sämtliche Decks aus dem gleichen Material wie die
Schwingscheiben zu fertigen, damit ein gleichmäßiges Bohren gewährleistet ist.
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Fig. 2 zeigt die Draufsicht der beiden Schwingscheiben 13, 14
vom
zweiten Deck 9 her gesehen. Die Schwingscheibe 13 enthält in einem Rechteckraster
angeordnet fünfunddrei;?ig Lagerbohrungen 33a, 33b usw., die zur Aufnahme der ersten
Exzenterpartie der der Abtriebsspindel 2 in Fig. 1 entsprechenden Abtriebsspindeln
dienen. Jede Lagerbohrung 33a bzw. 33b ist konzentrisch zu der der Exzenterachse
17 in Fig. 1 entsprechenden Exzenterachse 17a bzw. 17b angeordnet.
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Oberhalb der Exzenterachsen 17a, 17b verlaufen die Spindelachsen 12a,
12b, die jeweils in der Mitte zwischen einer Exzenterachse 17a bzw. 17b und einer
der Exzenterachse 18 in Fig. 1 entsprechenden Exzenterachse 18a bzw. 18b liegen.
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Den Lagerbohrungen 33a, 33b entsprechende Lagerbohrungen befinden
sich selbstverständlich auch in der durch die erste Schwingscheibe 13 verdeckten
zweiten Schwingscheibe 14.
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Ferner sind in der Schwingscheibe 13 vier Durchgangsbohrungen 40a,
40b, 40c, 40d vorhanden, die sämtliche der Lagerbohrung 40 in Fig. 1 entsprechen.
Dies bedeutet, daß in Wirklichkeit insgesamt vier Übertragungsweiien kreuzweise
in bezug auf die Mitte der Schwingscheiben vorgesehen sind, während aus Fig. 1 nur
eine Übertragungsweiie 19 zu ersehen ist. Das Anordnen mehrerer Übertragungswellen
ermöglicht das Übertragen verhältnismäßig großer Drehmomente und verhindert mit
Sicherheit das Auftreten eines Totpllnktes in der Exzenterbewegung der Schwingscheiben,
wobei sich die Anzahl der Schwingscheiben auch nach der Anzahl der anzutreibenden
Werkzeuge richtet. An
Stelle von vier t'bertragungswellen können
auch nur zwei Übertragungswellen vorgesehen werden, die symmetrisch in bezug auf
die Mitte der Schwingscheiben angeordnet sind.
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Wiederum sind entsprechende Lagerbohrungen auch in der zweiten Schwingscheibe
14 vorhanden, die durch die Exzenterachsen 27a charakterisiert sind, während die
Exzenterachsen 26a die Zentren der sichtbaren Lagerbohrungen der Schwingscheibe
13 darstellen. Jeweils zwischen zwei Exzenterachsen 26a und 27a ist mittig die Achse
25a einer Übertragungswelle dargestellt.
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Aus Fig. 2 ist schließlich noch die zentrale Anordnung der Zentralantriebswelle
und des zugehörigen Zentralantriebsrades 3a sowie die Anordnung der Übertragungszahnräder
20a, 21a ersichtlich.
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L e e r s e i t e