DE2738402C2

DE2738402C2 - Vorrichtung zum Steuern von Werkzeughaltern an einem umlaufenden Werkzeugkopf

Info

Publication number: DE2738402C2
Application number: DE19772738402
Authority: DE
Inventors: Kurt 7445 Bempflingen Jauch
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1977-08-25
Filing date: 1977-08-25
Publication date: 1982-09-16
Also published as: DE2738402A1; CH629986A5

Description

Die Erfindung oetrifft eine Vorrichtung zum Steuern von an einem umlaufenden V erkzeugkopf radial versiellbar angeordneten Werkzeughaltern, mit einer Steuerhülse, die an einer glek achsig mit dem Werkzeugkopf angeordneten Hohlwelle axial versteiibar geführt ist und an ihrer Außenseite Konusflächen aufweist, und mit zweiarmigen Stellhebeln, von denen jeder auf einer quer zur Hohlwelle am Werkzeugkopf angeordneten Achse schwenkbar gelagert ist. mit seinem vorderen Arm gelenkig an einem der Werkzeughalter angreift und sich mit seinem hinteren Arm an einer der Konusflächen der .Steuerhülse abstützt.

Als Konusflächen im Sinne der Erfindung wie im Sinne des vorausgesetzten Standes der Technik sind neben Flächen, die in einer Kegelfläche liegen, auch alle anderen Flächen zu verstehen, die sich unier einem Winkel /ur Drehachse des Werkzeugkopfes erstrecken, beispielsweise schmale ebene Flächen, die sich im wesentlichen längs einer Mantellime einer Kegelflächc erstrecken

Bei einer bekannten Vorrichtung der beschriebenen Gattung (DF-OS 19 I J 377) sind die beiden Arme jedes StellhebcK annähernd gleich groß und in bezug auf die Achse «-Ic«. Stellhebels so angeordnet, daß die bei umlaufendem Werk/eugkopf an den Stellhebeln selbst auftretenden Fliehkräfte sich im wesentlichen drehmo mentneutr.il verhalten, also nicht ■ η nennenswertem Maß bestrebt sind, die Stellhebel /u «.chwenken. Die an den Werk/eughaltern auftretenden Fliehkräfte sind dagegen nicht im Gleichgewichti sie^rzeugen Momente, die bestrebt sindi die Stellhebel so XU schwenken, daß deren hintere Arme gegen die Konusflächen der Steuerhülse gedrückt werden. So wird in an sich erwünschter Weise verhindert, daß die hinteren Arme der Stellhebel während des Bellriebes von den Konusflächen der Steuerhülse abheben; die Fliehkräfte

sorgen also for eine spielfreie Umsetzung axialer Bewegungen der Steuerhülse in radiale Bewegungen der Werkzeughalter. Das dabei auftretende Über- oder Untersetzungsverhältnis hängt vom Winkel der Konusflächen der Steuerhülse ab; man hat diesen Winkel kleiner als 45° gewählt, um mit einer entsprechend großen Axialverstellung der Steuerhülse die Werkzeughalter feinfühlig steuern zu können. Bisher hat man geglaubt, durch die Wahl entsprechend kleiner Winkel der Konusflächen auch die im Betrieb auftretenden Kräfte ohne weiteres beherrschen zu können, da die zum Verschieben der Steuerhülse erforderliche Axialkraft bei gegebener Drehzahl des Werkzeugkopfes sowie gegebener träger Masse und Stellung der Werkzeughalter dem Sinus des Winkels der Konusflächen proportional ist, so daß bei einem kleinen Winkel eine entsprechend kleine Axialkraft an der Steuerhülse erforderlich ist. Mit den an den Enden der Steuerhebel auftretenden Flächenpressungen glaubte man durch Verwendung gehärteter Bauteile fertig werden zu können.

Der Erfindung liegt indessen die Erkenntnis zugrunde, daß die beschriebenen Maßnahmen nicht genügen, um auch bei großen Drehzahlen des Werkzeughalters in der Größenordnung von etwa 2000 bis 6000 Umdrehungen je Minute eine Steuerung zu ermöglichen, die auch nach längerer Benutzungsdauer der Vorrichtung hohen Genauigkeitsanforderungen entspricht. Die an den Werkzeughaltern auftretenden Fliehkräfte drücken nämlich die hinteren Arme der Siellhebel mit solcher Kraft gegen die Konusflächen der Steuerhülse, daß die dort auftretende Reibung allein schon eine erhebliche Kraft zum Verschieben der Steuerhülse erforderlich macht. Hinzukommt die axiale Kraft, die der Summe der Axialkomponenten der von den hinteren Armen der Stellhebel auf die Steuerhülse übertragenen Kräfte entspricht. Noch nicht eingerechnet sind hierbei diejenigen Kräfte, die als Reaktion auf die radialen Schnittkräfte der an den Werkzeughaltern angeordne ten Werkzeuge in jedem FaIi. aho auch schon bei niedriger Drehzahl des Werk/eugkop'es. auftreten. Die insgesamt erhebliche Axialkraft, die zum Verstellen der Steuerhülse erforderlich ist. fuhrt /u elastischen Verformungen in dem /um Verschieben der Steuerhülse vorgesehenen Antrieb, der in der Praxis aus Platz- und Kosterigrunden nicht so starr gestaltet werden kann, daß diese Verformungen ohne schädlichen Einfluß auf die Arbeitsgcn<ungkeit der Werkzeuge blieben. Die Verhaltnisse *erden noch ungünstiger, wenn die Konusflächen der Steuerhulse infolge der erheblichen, von den hinteren Armen der Stellhebel auf sie ausgeübten Flachenpressung ihre ursprungliche Ober flächengiite eingebüßt haben.

Fs ist deshalb Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung de eingang> beschriebenen Gattung derart weiterzubilden. HaLi die Werkzeughalter auch hei hohen Drehzahlen fein· thlig gesteuert werden können

Hie Aufgabe ts' c-findungsgemäßdadurch gel«· daLf de ί -niere \rw icdes Siellhebels mit einem degeng ■ wich' zum Ausgleich der Fliehkraft des zugehöriger. We^rkzeughalier>. verbunden ist

Damit läßt sich die bei gegebener p.-eluahl ύν> umlaufenden Werkzeugkopfes und bei einer mittlefen Arbeitsstellung der Stellhebel zwischen deren hinteren Armen und den Konusflächen auftretende Flächenpressung beliebig klein halten* im allgemeinen wird nicht angestrebt, die Fliehkräfte der Werkzeughalter mit den Gegengewichten vollständig auszugleichen* denn im

allgemeinen ist es erwünscht, daß diese Fliehkräfte unabhängig von etwa zusätzlich vorhandenen Federkräften imstande sind, die hinteren Arme der Stellhebel ständig an den Konusflächen der Stßuerhülse anliegend zu halten. Die dort auftretenden Berührungskräfte lassen sich aber in jedem Fall so gering halten, daß sie die erforderlichen axialen Bewegungen der Steuerhülse nicht nennenswert behindern und keinesfalls Flächenpressungen hervorrufen, d'e der Lebensdauer der Steuerhülse abträglich v/ären.

Es ist zwar aucli schon eine Vorrichtung zum Steuern von an einem umlaufenden Werkzeugkopf radial verschiebbaren Werkzeughaltern bekannt (DE-PS 16 02 689), bei der eine axial verstellbare, topfförmige Steuerhülse mit einer konischen Innenfläche die mit je einer Rolle zum Abrollen auf je einer Mantellinie dieser konischen Innenfläche versehenen radial äußeren Enden der Werkzeughalter umschließt. Die Werkzeughalter sind durch Stangen mit je einem ihnen in bezug auf die Drehachse des Werkzeugkopfes diametral gegenüberliegenden Ausgleichsgewicht verbunden. Die an jedem Werkzeughalter einerseits und am zugehörigen Ausgleichsgewicht andererseits auftretenden Fliehkräfte können sich aber nur in einer ganz bestimmten radialen Stellung des Werkzeughalters bis aif eine bestimmte Restkraft aufheben, die erforderlich ist, um die am Werkzeughalter gelagerte Rolle an der Konusfläche der Sieuerhülse anliegend zu halten. Jede radial nach außen gerichtete Auslenkung des Werkzeughalters aus dieser bestimmten Stellung läßt die Fliehkraft, mit der sich seine Rolle an der KonuJläche der Steuerhülse abstützt, je nach Drehzahl des Werkzeugkopfes mehr oder weniger erheblich anwachsen, da sich der Gesamtschwerpunkt der aus dem Werkzeugkopf, dem zugehörigen Gegengewicht und der sie verbindenden Stange bestehenden Baugruppe weiter von der Drehachse des Wcrk/cugkopfcs entfernt.

Demgegenüber verhält sich die erfindungsgemäße Vorrichtung gegenüber Auslenkungen der Werkzeug <*o halter in erster Näherung neutral da die Lage des Gesamtschwei punktes jeder aus einem Werkzeughai ter. einem Gegengewicht und dem sie verbindenden Stellhebcl bestehenden Baugruppe so angeordnet sein kann, daß er bei Auslenkungen der Werkzeughalter seine Lage nicht oder jedenfalls nuht wesentlich ändert

Vorzugsweise ist jedes Gegengew ifhi gelenkig m.i dem zugehörigen Stellhebe! verbunden und in einer rn:' dein Wtrkzeugkopf umlaufender, radialen fuhrung gefuhrt.

In jedem Fall, vor allem aber bei üer in; \Ί ^stehenden beschriebenen Ausfuhrungstorm ist es vorteilhaft, wenn jedes Gegengewicht einen verstell undodc auswechselbaren Ballastkorpcr enthali Dadurch isi c¹· möglich. für die im Beirieb am häufigsten auftretende Stellung der Werkzeughalter den f-'liehkraftausgleich in leder gewünschten Genauigkeit einzustellen

Km Ausführiingsrvispiel der Erfindung wird im folgenden anhand einer scheniaiischtri Zeichnung erläutert, die einen Axiaischnilt durch ο "■ Bc.irbei tungseinheit mn einer erfindungsgemaßer Vorrichtung zum Verstellen \un Werkzeughaltern darstellt.

Die dargestellte Bearbeitungseinheit 10 ist in Richtung des Doppelpfeils A in einer Führung 12 verschiebbar geführt; die. Führung 12 kann an einem nicht dargestellten Maschinenbett, Drehtisch od. dgl, einer Werkzeugmaschine ausgebildet sein. Zum Verschieben der Beärbeiiüngseinheil 10 ist parallel zur Führung 12 eine Vorschubspindel 14 angeordnet, die einerseits mit einem Schrittmotor 16 gekuppelt und andererseits in eine Kugelumlaufbüchse 18 eingeschraubt ist weiche in einem Gehäuseteil 20 der Bearbeitungseinheit 10 befestigt ist.

Die Bearbeitungseinheit 10 weist einen Werkzeugkopf 22 auf, der in bezug auf eine Drehachse B rotationssymmetrisch gestaltet und um diese Achse drehantreibbar ist. Zum Werkzeugkopf 22 gehört eine Hohlwelle 24, die mit zwei Kugellagern 26 im Gehäuseteil 20 gelagert ist und an ihrem vorderen, in der Zeichnung linken Ende einen Flansch 28 aufweist. Am Flansch 28 ist eine Führungsplatte 30 festgeschraubt und mittels eines zylindrischen Ansatzes 32 zentriert.

An der Vorderseite der Führungsplatte 30 sind vier Werkzeughalter 34 um je 90° gegeneinander versetzt angeordnet, so daß sie einander in bezug auf die Drehachse B paarweise gegenüberliegen. Jeder der Werkzeughalter 34 ist an der Führungsplatte 30 radial verschiebbar geführt, was für zwei in der Zeichnungsebene liegenrie Werkzeughalter durch Doppelpfeile C angedeutet isi. An jedem Werkzeug ialter 34 ist ein Di eh werkzeug Zo befestigt, das einen im dargestellten Beispiel draht- oder stangenförmigen WerkstoK D spanabhebend bearbeitet. Anstelle eines solchen Werkstoffs, aus dem einzelne Werkstücke erst durch die Bearbeif ng entstehen, können die Drehwerkzeuge 36 auch einzeln zugefürrte und von einer nicht dargestellten Spannvorrichtung festgehaltene Werkstücke bearbeiten.

Jedem Werkzeughalter 34 ist einer von vier Stellhebeln 38 zugeordnet, die ebenfalls um je 90" gegeneinander versetzt und einander paarweise in die Drehachse B enthaltenden Ebenen gegenüberliegend auf je einer Achse 40 gelagert sind. Die vier Achsen 40 liegen in einer gemeinsamen, zur Drehachse S normalen Ebene £ und kreuzen die Drehachse B in gleichen radialen Abstanden. Die Stellhebel 38 sind zweiarmig und erstrecken sich im wesentlichen parallel zur Drehachse B. leder Stellhebel 38 greift n.it sc-iem vorderen, in der Zeichnung linken Arm 42 1 ■ ■ den zugehörigen Werkzeughalter 34 ein und bildet mit diese..1 eine Walzverbindung. Der hintere Arm 44 jedes Stellhebels 38 ist etwa doppelt so lang wie der vordere Arm 42 und stützt sich an einer Steuerhülse 46 ab. die zu diesem Zweck für ieden Stellhebel 38 eine Konusfläche 48 .lufweist.

Die Konusflächen 48 sind an durch Zwischenräume ' voneinander getrennten Stegen der Steuerhülse 46 ausgebildet und können sich an je eine oder mehrere achsparallele Steuerflächen anschließen und/oder durch soLhe Steuerflächen unterbrochen sein.

Der hi ere Arm 44 jedes Stellhebels 38 ist gelenkig rtiii einen, zvjindrischen Gegengewicht 54 verbunden. d.«> ·η b zig auf die Drehachse 0 radial verschiebbar in einer radialen führung 55 eines F ührungsrmgs % geführt isi der fur die :nsgesamt vier Gegengew ichte 54 vier um je 40 gegeneinander versetzte radiale Führungen aufweist und durch eine Mutter 58 zusammen mit dem Innenring des vorderen Kugellagers 26 auf dem vorderen, im Durchmesser gioßeren Abschnitt der Hohlwelle 24 festgcspanni ibt. In jedes» Gegengewicht. 54 ist ein Ballastkörper 60 ein^es-ihi aubl, der zur Anpassung an Drehwerkzeuge 36 oder sonstige Bearbeitungswerkzeuge unterschiedlicher Masse auswechselbar ist Zum Auswechseln der Ballastkörper 60 weist das Gehäuseteil 20 sine öffnung auf, die normalerweise mit einem Stopfen 62 verschlossen ist.

Auf dem hinteren, im Durchmesser kleineren Teil der Hohlwelle 24 ist eine Riemenscheibe 64 für den Drehantrieb der Hohlwelle angeordnet und zusammen mit dem inneren Ring des hinleren Kugellagers 26 durch eine Mutter 66 festgespannt.

Die Steuerhülse 46 ist am vorderen Ende eines Rohrkörpers 68 befestigt, der in der Hohlwelle 24 längs der Drehachse B verschiebbar geführt und durch eine Paßfeder 70 mit der Hohlwelle zu gemeinsamer Drehung verbunden ist. Auf dem Rohrkörper 68 ist eine Schiebemuffe 72 mit Nadellagern 74 und Axiallagern 76 drehbar, jedoch axial unverschiebbar gelagert; die Anordnung ist durch eine Mutter 78 zusammengehalten und von einem Gehäuseteil 80 umschlossen, das mit dem Gehäuseteil 20 verschraubt ist. An der Schiebemuffe 72 ist ein zur Drehachse B paralleler Stift 82 befestigt, der in den Gehäuseteilen 20 und 80 verschiebbar geführt ist Und die Schiebemuffe arn Drehen hindert.

Die Schiebemuffe 72 ist mit einer Kugelumlaufbüchse 84 verschraubt, auf der ein Schneckenrad 86 befestigt ist. Das Schneckenrad 86 ist mit Kugellagern 88 im Gehäuseteil 80 gelagert und kämmt mit einer ebenfalls In diesem Gehäuseteil gelagerten Schnecke 90, die mit einem Schrittmotor 92 gekuppelt ist.

Im Rohrkörper 68 ist ein Führungsrohr 94 angeordnet, das an seinem vorderen Ende eine den Werkstoff D zentrierende Führungsbüchse 96 enthält. Die Führungsbüchse 96 ist mittels eines im Führungsrohr 94 angeordneten Stellrohrs 98 verstellbar.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

I. Vorrichtung zum Steuern von an einem umlaufenden Werkzeugkopf radial verstellbar angeordneten Werkzeughaltern, mit einer SteuerhOlse, die an einer gleichachsig mit dem Werkzeugkopf angeordneten Hohlwelle axial verstellbar geführt ist und an ihrer Außenseite Konusflächen aufweist, und mit zweiarmigen Stellhebeln, von denen jeder auf einer quer zur Hohlwelle am Werkzeugkopf angaordneten Achse schwenkbar gelagert ist, mit seinem vorderen Arm gelenkig an einem der Werkzeughalter angreift und sich mit seinem hinteren Arm an einer der Konusflächen der Steuerhülse abstützt, dadurch gekennzeichne t. daß der hintere Arm (44) jedes Stellhebels (38) mit einem Gegengewicht (54) zum Ausgleich der Fliehkraft des zugehörigen Werkzeughalters (34) verbunden ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch II, dadurch gekennzeichnet, dft jedes Gegengewicht (54) gelenkig mit dem zugehörigen Stellhebel (38) verbunden und in einer mit dem Werkzeugkopf (22) umlaufenden radialen Führung (55) geführt ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Gegengewicht (54) einen verstell- und/oder auswechselbaren Ballastkörper (60) enthält.