DE3341479C2 - Vorrichtung zum Plandrehen, Ausdrehen und für andere Drehvorgänge - Google Patents
Vorrichtung zum Plandrehen, Ausdrehen und für andere DrehvorgängeInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Plandrehen, Ausdrehen
und für andere Drehvorgänge, mit einem ortsfest festlegbaren
Gehäuse, mit einer in dem Gehäuse drehbar gelagerten
Arbeitswelle, mit einem drehfest an der Arbeitswelle angeordneten,
relativ zum Gehäuse drehbaren Drehkopf, mit mindestens
einem am Drehkopf quer zu dessen Drehachse verschiebbar
gelagerten, mit einem Schneidwerkzeug bestückbaren Werkzeugschlitten,
dessen Antrieb über in Ebenen senkrecht zur
Drehachse liegende gekoppelte Planetengetriebe von der Arbeitswelle
abgeleitet wird, wobei ein als Vorschubdifferentialgetriebe
wirkendes Planetengetriebe zur Einstellung der Vorschubgeschwindigkeit
des Werkzeugschlittens vorgesehen ist,
und mit einem Vorschubwendegetriebe zur Bestimmung der Bewegungsrichtung
des Werkzeugschlittens.
Eine Vorrichtung dieser Art geht aus der DE-OS 16 52 658 hervor.
Sie ist mit ihrem Gehäuse an einer Werkzeugmaschine festlegbar,
wobei die Arbeitswelle mit der Antriebswelle der Werkzeugmaschine
gekoppelt wird. Im Betrieb rotiert der von der
Arbeitswelle getragene Drehkopf, wobei zugleich der an diesem
angeordnete und mit einem Schneidwerkzeug bestückbare Werkzeugschlitten
radial verlagerbar ist.
Auf diese Weise lassen sich an insbesondere stationären
Werkstücken Drehvorgänge ausüben, beispielsweise durch Plandrehen,
Ausdrehen Hinterdrehen oder Einstechen.
Im Falle der bekannten Vorrichtung ist ein von einem Planetengetriebe
gebildetes Vorschubdifferentialgetriebe vorgesehen,
mit dem die Vorschubgeschwindigkeit des Werkzeugschlittens
eingestellt werden kann. Eine Schneckenwelle kämmt mit dem
Hohlrad des Planetengetriebes und ermöglicht auf letzteres
die Auferlegung einer Relativgeschwindigkeit, welche die
Höhe der Vorschubgeschwindigkeit bestimmt. Der Antrieb der
Schneckenwelle erfolgt entweder intern durch den Abgriff
der Arbeitswelle und wahlweiser Zwischenschaltung
weiterer Schneckenwellen unterschiedlicher Gangzahlen, oder
durch manuelles Verdrehen über ein Handrad. Die Vorschubrichtung
der Werkzeugschlitten hängt von der Drehrichtung der
erstgenannten Schneckenwelle ab, die sich bei internem Antrieb
durch ein als Kupplung bezeichnetes Vorschubwendegetriebe festlegen
läßt. Bei manuellem Antrieb ist die Drehrichtung des Handrades
entscheidend.
Da bei der bekannten Vorrichtung das Vorschubwendegetriebe in das
Vorschubdifferentialgetriebe integriert ist, ergibt sich insgesamt
ein relativ komplexer Aufbau, wobei die Anordnung seitlich
im Gehäuse zu Unwuchten, zumindest aber zu ungleichförmigen
Beanspruchungen der einzelnen Zahlräder führen kann. Was den
Kraftfluß anbelangt, ist das Vorschubwendegetriebe vor dem für
die Geschwindigkeit verantwortlichen Teil des Vorschubdifferentialgetirebes
angeordnet, weshalb letzterem bei jeder Änderung
der Vorschubrichtung eine Umkehr der Drehrichtung aufgezwungen
wird. Einem kontinuierlichen Arbeitsvorgang ist dies
abträglich, zumal die häufigen Richtungsänderungen zu einem
raschen Verschleiß der Zahnräder führen können. Desweiteren
macht es die bekannte Vorrichtung bei internem Antrieb der
Schneckenwelle unmöglich, andere als die durch die zusätzlichen
Schneckenwellen vorgegebenen Drehzahlen zu realisieren.
Das Hohlrad des Vorschubdifferentialgetriebes ist über die
Schneckenwellen fest an die Arbeitswelle angekoppelt, so daß
eine zusätzliche Geschwindigkeitsüberlagerung unmöglich ist.
Lediglich bei manuellem Einwirken über das Handrad lassen sich
Zwischenwerte realisieren.
Bei einem aus der DE-AS 10 38 378 bekannten Plandrehkopf ist
ein Vorschubdifferentialgetriebe verwirklicht, daß mit demjenigen
der DE-OS 16 52 658 vergleichbar ist. Hier fehlt allerdings
die Möglichkeit des internen Abgriffes für die Geschwindigkeitsüberlagerung.
Entsprechend ist ein Vorschubwendegetriebe
nicht vorgesehen. Gleiches gilt auch im Hinblick auf die DE 23 27 686 A1.
Es ist somit die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung
der eingangs genannten Art zu schaffen, die bei einem
gegenseitige Beeinflussungen der beiden Getriebe vermeidenden
kompakten Aufbau auch bei hohen Drehzahlen und Schnittgeschwindigkeiten
einen unwuchtfreien und verschleißarmen Betrieb
mit flexibleren
Einstellmöglichkeiten vor allem auf Bearbeitungszentren
mit CNC-Steuerung oder Produktionsmaschinen
gestattet.
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß das Vorschubwendegetriebe
als zweistufiges Planetengetriebe ausgebildet ist,
das im Innern der Arbeitswelle angeordnet ist, die das Getriebegehäuse
für das Vorschubwendegetriebe bildet, und daß
das Vorschubwendegetriebe getrennt vom Vorschubdifferentialgetriebe
ausgebildet und diesem koaxial nachgeordnet ist,
wobei die Eingangsdrehzahl des Vorschubwendegetriebes von der
vom Vorschubdifferentialgetriebe bereitgetellten Betriebsdrehzahl
gebildet ist.
Auf diese Weise sind das Vorschubdifferentialgetriebe und das
Vorschubwendegetriebe gewissermaßen entzerrt und jeweils als
separate Getriebe ausgebildet, was der Übersichtigkeit des Aufbaus
zugutekommt und gegenseitige Beeinträchtigungen weitestgehend
vermeidet. Die Nachschaltung des Vorschubwendegetriebes
im Innern der Arbeitswelle sorgt hierbei für äußerst kompakte
Radialabmessungen, wobei auch bei hoher Drehzahl die auf die
Arbeitswelle als Gehäuse einwirkenden Radialkräfte wegen der
zentralen Unterbringung äußerst gering sind. Unabhängig von der
gewünschten Vorschubrichtung des Werkzeugschlittens bleibt die
Drehrichtung des Vorschubdifferentialgetirebes unverändert, so
daß keine Umschaltschläge zu verzeichnen sind. Die Ausgestaltung
des Vorschubwendegetriebes als Planetengetriebe mit zwei
jeweils für eine Drehrichtung verantwortlichen Stufen, ermöglicht
eine konzentrische Unterbringung im Innern der Arbeitswelle
und dennoch einen unwuchtfreien Lauf derselben. Eine
Geschwindigkeitsänderung läßt sich ohne weiteres durch Einflußnahme
auf das Vorschubdifferentialgetriebe verwirklichen,
ohne von einer starren Ankopplung desselben an die Arbeitswelle
behindert zu werden. Die vom Vorschubdifferentialgetriebe
bereitgestellte Betriebsdrehzahl bildet die Eingangsdrehzahl
des Vorschubwendegetriebes, unabhängig von dessen jeweiliger
Drehrichtung, was die Durchführung gleichförmiger Bearbeitungsvorgänge
begünstigt.
Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden
Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnungen.
Es zeigt
Fig. 1 einen Längsschnitt durch ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel
der erfindungsgemäßen Vorrichtung;
Fig. 2 einen Getriebeplan der Vorrichtung gemäß Fig. 1 in dem
insbesondere eine erste Bauform eines Vorschubdifferentialgetriebes
und die beiden Drehrichtungen eines Vorschubwendegetriebes
illustriert
sind;
Fig. 3 den Getriebeplan einer zweiten Bauform des
Vorschubdifferentialgetirebes;
Fig. 4 den Getriebeplan einer Umschaltautomatik einschließlich
eines Momentenschalters und Kupplungsfreilaufs;
Fig. 5 einen Längsschnitt durch einen Vorwahlhebel
der Umschaltautomatik;
Fig. 6 einen Längsschnitt durch eine abgewandelte
Bauform des Werkzeugs mit einem zur Regelung
der Vorschubgeschwindigkeit dienenden, externen
Antriebsaggregat;
Fig. 7 ein Schaltschema des Antriebsaggregats.
Bezugnehmend zunächst auf Fig. 1, hat das Werkzeug ein
Gehäuse 1, eine drehbar in dem Gehäuse 1 gelagerte Arbeitswelle
2 und einen drehfest an der Arbeitswelle 2 festlegbaren
Drehkopf 3. Dieser Drehkopf 3 wird über die Arbeitswelle
2 von einer Werkzeugmaschine drehend angetrieben. Hierzu
wird das Gehäuse 1, gegebenenfalls unter Zwischenschaltung
eines Adapterrings 90, ortsfest an der Werkzeugmaschine
festgelegt. Die Arbeitswelle 2 kann beispielsweise mit einer
Werkzeugaufnahme 4 stirnseitig aus dem Gehäuse 1 herausragen.
Zur Herstellung der Antriebsverbindung wird diese Werkzeugaufnahme
4 in die Arbeitsspindel der Werkzeugmaschine eingesetzt.
Die Gestalt der Werkzeugaufnahme 4 entspricht hierzu
verschiedenen gängigen Normen. Bei Inbetriebnahme der Werkzeugmaschine
wird somit die Arbeitswelle 2 relativ zu dem
Gehäuse 1 in Drehung versetzt. Die Arbietswelle 2 trägt
an ihrem der Werkzeugaufnahme axial abgewandten, ebenfalls
aus dem Gehäuse 1 herausragenden Ende den angetriebenen
Drehkopf 3. dieser ist mit Schrauben 5 lösbar auf die Stirnseite
der Arbeitswelle 2 aufgeschraubt, wodurch ein einfaches
Auswechseln von Drehköpfen 3 möglich ist.
Die Längsmittelachse 6 in Fig. 1 bildet die Drehachse für
die Werkzeugaufnahme 4, die Arbeitswelle 2 und den Drehkopf
3. Auf dem Drehkopf 3 sind zwei Werkzeugschlitten 7 angeordnet,
die eine angetriebene Vorschubbewegung quer zu der Längsmittelachse
6 ausführen. Die Werkzeugschlitten 7 bewegen
sich auf einem Durchmesser des Drehkopfes 3, und sie führen
eine synchrone Bewegung radial in Gegenrichtung aus. Die
Werkzeugschlitten 7 sind in Fig. 1 in einem maximal eingefahrenen
Zustand gezeigt, in dem sie auf dem Zentrum
des Drehkopfes 3 miteinander in Anlage stehen. Die Werkzeugschlitten
7 lassen sich aus dieser Ausgangsstellung simultan
in eine Position dicht am Rand des Drehkopfes 3 und wieder
in die Ausgangsstellung zurück verfahren. An den Werkzeugschlitten
7 werden vermittels geeigneter Werkzeugträger
Schneidwerkzeuge (nicht dargestellt) für die spanabhebende
Werkstückbearbeitung befestigt; in Fig. 1 ist insofern ein
Bohrbild 8 auf dem Werkzeugschlitten 7 angedeutet. Im Betrieb
wird dem Schneidwerkzeug zusätzlich zu der Rotationsbewegung
des Drehkopfes 3 über die Werkzeugschlitten 7 eine radiale
Vorschubbewegung vermittelt, deren Antrieb von der Arbeitswelle
2 abgeleitet wird. Das hierzu erfindungsgemäß vorgesehene
Getriebe erlaubt es unter anderem, die Vorschubgeschwindigkeit
der Werkzeugschlitten 7 in weiten Grenzen
zu variieren und ihre Vorschubrichtung einstellbar zu wechseln.
Der Antrieb für die Werkzeugschlitten 7 wird zentral in
den Drehkopf 3 eingeleitet. Die Arbeitswelle 2 hat entsprechend
die Gestalt eines mehrfach abgestuften, sich zu
dem Drehkopf 3 hin weitenden Zylinders. Die drehfeste Schraubverbindung
zwischen Arbeitswelle 2 und Drehkopf 3 wird am
Rand der Arbeitswelle 2 im Bereich ihres größten Durchmessers
hergestellt. Der abgestufte, im wesentlichen zylindrische
Innenraum der Arbeitswelle 2 nimmt das Getriebe für den
Antrieb der Werkzeugschlitten 7 auf. Das Getriebe ist dabei
in durchweg konzentrischer Anordnung im Innern der Arbeitswelle
2 enthalten. Stirnseitig zu dem Drehkopf 3 hin wird
die Arbeitswelle 2 von einem Deckel 9 verschlossen, der
das Getriebe einkapselt. Der Deckel 9 ist mit der Arbeitswelle
2 fest verschraubt, so daß er mit dieser mitdreht.
Er ist zentrisch gelocht, und durch die entsprechende Kreisöffnung
ragt eine Antriebswelle 10, die bei 11 drehbar und
öldicht in dem Deckel 9 gelagert ist. Die Antriebswelle
10 bewegt über ein Kegelradgetriebe und einen Drehspindeltrieb
die Werkzeugschlitten 7, und sie wird dazu
ihrerseits über das in der Arbeitswelle 2 enthaltene Getriebe
angetrieben. Wesentlich für das Verständnis der Anordnung
ist die Tatsache, daß nur dann eine Bewegung der Werkzeugschlitten
7 erfolgt, wenn die Drehzahl der Antriebswelle
10 von der der Arbeitswelle 2 abweicht. Dreht die Antriebswelle
10 schneller als die Arbeitswelle 2, so erfolgt eine
Hinbewegung der Werkzeugschlitten 7, und bei einer langsameren
Drehung der Antriebswelle 10 relativ zu der Arbeitswelle
2 eine Rückbewegung, wobei die Vorschubgeschwindigkeit
der Werkzeugschlitten 7 der Drehzahldifferenz zwischen
Arbeitswelle 2 und Antriebswelle 10 proportional ist. Bei
einem synchronen Gleichlauf zwischen Arbeitswelle 2 und
Antriebswelle 10 wird hingegen kein Vorschub der Werkzeugschlitten
7 bewirkt.
Im einzelnen werden die Werkzeugschlitten 7 mittels je einer
Drehspindel 12 bewegt. Die Drehspindeln 12 sind quer zu
der Längsmittelachse 6, d. h. der Drehachse der Arbeitswelle
2, auf einem gemeinsamen Durchmesser des Drehkopfes
3 angeordnet, wobei sie je eine Halbseite des Drehkopfes
3 einnehmen. Die Drehspindeln 12 liegen im Innern des Drehkopfes
3 versenkt, und sie sind drehbar und in Längsrichtung
unversetzbar in dem Drehkopf 3 gelagert. Vorzugsweise können
vergütete und geschliffene Trapezgewindespindeln aus einem
hochfesten Vergütungsstahl zum Einsatz kommen. Die Werkzeugschlitten
7 sind auf die Drehspindeln 12 unverdrehbar und
in Längsrichtung verschiebbar aufgezogen. Hierzu dient eine
spiel- und lageeinstellbare Doppelmutter 13 mit zwei Abstimmscheiben
14. Vermittels dieser kann das Lagerspiel des
Gewindetriebs auf einen Minimalwert eingestellt und zugleich
eine Lage-Justierung der Werkzeugschlitten 7 vorgenommen
werden. Die Doppelmuttern 13 können z. B. aus hochfester,
verschleißarmer Bronze gefertigt sein. Die Lagerung der
Drehspindel 12 ist in dem dargestellten Ausführungsbeispiel
als Gleitlager ausgeführt, was den Vorteil eines geringen
Raumbedarfs hat. Die entsprechenden Gleitlagerbuchsen 15
sind in einer Bohrung auf dem Außenmantel des Drehkopfes
3 aufgenommen. Sie bestehen ebenfalls aus einer hochfesten,
verschleißarmen Bronze, und sie weisen ein äußerst kleines
relatives Lagerspiel auf. Dies ist aus Präzisionsgründen
wünschenswert und technisch ohne weiteres realisierbar,
weil die Relativgeschwindigkeit zwischen dem Lagerzapfen
der Drehspindel 12 und der Gleitlagerbuchse 15 relativ gering
ist. Die Schmierung dieser Lagerung erfolgt durch eine Fettfüllung.
Für die Lagerung der Werkzeugschlitten 7 ist in dem dargestellten
Ausführungsbeispiel eine Präzisionswälzlagerung
in Kreuzrollenbauweise vorgesehen. Diese genügt höchsten
Qualitätsanforderungen und verfügt über eine Reihe von Vorteilen.
Infolge reiner Wälzbewegung tritt kein stick-slip-
Effekt (Ruck-Gleiten) auf. Es ist eine leichte Spieleinstellbarkeit
der Längsführung gewährleistet, und es ist
bei der Herstellung weder ein Einschaben, noch ein aufwendiges
Beschichten erforderlich. Durch eine leichte Austauschbarkeit
der Verschleißteile ist die Lagerung u. a. besonders
kostengünstig, und es besteht keine Freßgefahr, da im Lager
ein reines Wälzen erfolgt, das durch eine zuverlässige Fettschmierung
unterstützt wird.
Die Drehspindeln 12 tragen an ihrem dem Zentrum des Drehkopfes
3 zugewandten Ende je ein Kegelzahnrad 16. Die Kegelzahnräder
16 wenden einander die verzahnten Stirnflächen
zu, und sie kommen in einem solchen Abstand voneinander
zu liegen, daß der gleichzeitige Eingriff eines Kegelritzels
17 in beide Kegelzahnräder 16 möglich ist. Das Kegelritzel
17 wird von einer Ritzelwelle 18 getragen, die in eine
zentrische, axiale Mittelbohrung der Antriebswelle 10 paßt.
Die Ritzelwelle 18 wird fest mit der Antriebswelle 10 verbunden.
Das Kegelritzel 17 steht zusammen mit der Antriebswelle
10 ein Stück von der Oberfläche des Deckels 9 ab,
der die Arbeitswelle 2 verschließt. Bei der Montage des
Drehkopfes 3 an die Arbeitswelle 2 kämmt das Kegelritzel
17 mit beiden Kegelzahnrädern 16, wodurch die Antriebsverbindung
für den Spindeltrieb der Werkzeugschlitten 7 hergestellt
wird. Die Kegelzahnräder 16 und das Kegelritzel
17 des erfindungsgemäßen Kegelradgetriebes werden vorzugsweise
aus Einsatzstahl gefertigt, gehärtet und paarweise
geläppt. Die Räder können mit einer Gleason-Kreisbogenverzahnung
versehen sein. Das Kegelradgetriebe läßt sich spielfrei
einstellen, und es wird vorzugsweise mit Fett geschmiert.
Das Kegelradgetriebe ermöglicht, in präziser und konstruktiv
unaufwendiger Weise eine Antriebsumlenkung quer zu der Drehachse
6 der Arbeitswelle 2. Weiterhin wird durch den gleichzeitigen
Eingriff des Kegelritzels 17 in beide Kegelzahnräder
16 eine gegenläufige Drehbewegung der Drehspindeln
12 mit exakt gleicher Geschwindigkeit bereitgestellt, was
den gegenläufigen Vorschub der Werkzeugschlitten 7 bautechnisch
sehr einfach macht. Schließlich ermöglicht das Kegelradgetriebe
in praktischer Weise eine Drehzahluntersetzung der Drehspindeln
12; das Untersetzungsverhältnis des Kegelradgetriebes
kann insbesondere etwa 3 : 1 betragen.
Die Arbeitswelle 2 und die Antriebswelle 10 sind erfindungsgemäß
über ein mehrstufiges Planetengeriebe gekoppelt,
das koaxial im Innern der Arbeitswelle 2 angeordnet ist.
Das Getriebe weist ein als ein- oder mehrstufiges Planetengetriebe
aufgebautes Vorschubdifferentialgetriebe auf,
vermittels dessen sich die Vorschubgeschwindigkeit der Werkzeugschlitten
7 einstellen läßt. Dem Vorschubdifferentialgetriebe
ist ein als zweistufiges Planetengetriebe aufgebautes
Vorschubwendegetriebe nachgeordnet, das bei vorzugsweise
gleichbleibender Getriebeübersetzung eine Umkehr der Bewegungsrichtung
der Werkzeugschlitten 7 erlaubt.
Man versteht die Arbeitsweise des Getriebes am besten anhand
von Fig. 2. Das Vorschubdifferentialgetriebe 20 in dem dargestellten
Ausführungsbeispiel ist einstufig. Es besitzt
ein Sonnenrad 22, wenigstens ein Planetenrad 24, einen das
Planetenrad 24 lagernden Steg 26 und ein äußeres Hohlrad
28. Das Planetenrad 24 läuft in bekannter Weise auf dem
Umfang des Sonnenrads 22 ab, wobei der Steg 26, der die
Drehachse des Planetenrads 24 trägt, seinerseits um das
Zentrum des Sonnenrads 22 gedreht wird. Das Planetenrad
24 kämmt, vom Zentrum des Sonnenrads 22 gesehen, an seiner
radialen Innenseite mit dem Sonnenrad 22, während seine
radiale Außenseite gleichzeitig mit dem Hohlrad 28 in Eingriff
steht. Sonnenrad 22, Steg 26 und Hohlrad 28 sind
zentrisch bezüglich der Längsmittelachse 6, koaxial und
drehbar im Innern des Gehäuses 1 angeordnet. Ihre Bewegung
ist über das Planetenrad 24 gekoppelt, wobei man in der
Praxis statt eines Planetenrads 24 deren mehrere, z. B.
zwei, drei oder vier, vorsieht.
Das Vorschubdifferentialgetriebe 20 dient dazu, eine von
der Systemdrehzahl nS verschiedene Betriebsdrehzahl zu erzeugen.
Die Systemdrehzahl nS ist dabei die Drehzahl der
Arbeitswelle 2, die mit der Drehzahl der Arbeitsspindel
einer Werkzeugmaschine identisch ist. Antriebsteil des Vorschubdifferentialgetriebes
20 gemäß Fig. 2 ist der Steg
26, dem die Systemdrehzahl nS vermittelt wird, und das Sonnenrad
22 ist das Abtriebsteil des Vorschubdifferentialgetriebes
20. Mit dem Steg 26 ist über wenigstens ein Planetenrad
24 das Hohlrad 28 antriebsmäßig verbunden. Dieses wird dadurch
in einer Drehbewegung relativ zu dem Gehäuse 1 mitgenommen,
doch kann die Umdrehungsgeschwindigkeit des Hohlrads 28
eingestellt werden, und in dem dargestellten Ausführungsbeispiel
besteht insbesondere die Möglichkeit, das Hohlrad
28 stufenlos abzubremsen.
Das Hohlrad 28 wird hierzu von einer einstellbaren Bremse
54 beaufschlagt. Im ungebremsten Zustand läuft das Hohlrad
28 mit der Systemdrehzahl nS um, und durch die Bremse 54
läßt sich die Drehzahl des Hohlrads 28 kontinuierlich vermindern,
wobei vorzugsweise ein Abbremsen bis zum Stillstand
des Hohlrads 28 möglich sein sollte. Über die Bremse 54
läßt sich also eine Drehzahldifferenz zwischen dem Steg
26 und dem Hohlrad 28 einstellen. Das Planetengetriebe 20
arbeitet als Differentialgetriebe, bei dem die Drehzahl
des angetriebenen Sonnenrads 22 um einen Betrag von der
Systemdrehzahl nS abweicht, der der eingestellten Drehzahldifferenz
zwischen Steg 26 und Hohlrad 28 proportional ist.
Man erkennt dies leicht wie folgt: Wenn bei ungebremstem
Hohlrad 28 sowohl der Steg 26 als auch das Hohlrad 28 mit
der Systemdrehzahl nS umlaufen, so steht das Planetenrad
24 relativ zu den umlaufenden Rädern 28 und 22, d. h. zum
System, und das Sonnenrad 22 wird mit der Systemdrehzahl
nS mitgenommen. Das Getriebe arbeitet somit als Kupplung.
Wird nun das Hohlrad 28 gebremst, so beginnt das Planetenrad
24 zu drehen, und das Sonnenrad 22 wird proportional beschleunigt.
Man erhält als Ausgangsgröße des Vorschubdifferentialgetriebes
20 also eine Betriebsdrehzahl, die
größer oder gleich der Systemdrehzahl nS ist.
Diese Betriebsdrehzahl bildet die Eingangsdrehzahl des Vorschubwendegetriebes
30, vermittels dessen die Bewegungsrichtung
der Werkzeugschlitten 7 bestimmt wird. Das Vorschubwendegetriebe
ist als zweistufiges Planetengetriebe gestaltet,
wobei beide Stufen einander im Aufbau weitgehend entsprechen.
Man erkennt in der ersten Stufe ein Sonnenrad 32, wenigstens
ein an einem Steg 36 gelagertes Planetenrad 34 und ein Hohlrad
38. In der zweiten Stufe ist entsprechend ein Sonnenrad
42, wenigstens ein an einem Steg 46 gelagertes Planetenrad
44 und ein Hohlrad 48 vorhanden. Wohlverstanden werden in
der Praxis in jeder Getriebestufe statt eines Planetenrads
34, 44 stets mehrere Planetenräder verwendet. Der Steg 36
der ersten Stufe ist antriebsmäßig starr mit dem Hohlrad
48 der zweiten Stufe verbunden. Weiterhin ist das Hohlrad
38 der ersten Stufe antriebsmäßig starr mit dem Sonnenrad
42 der zweiten Stufe verbunden. Antriebsteil des ganzen
Vorschubwendegetriebes 30 ist das Sonnenrad 32 der ersten
Stufe, und als Abtriebsteil dient der Steg 46 der zweiten
Stufe. Dieser Steg 46 ist mit der bereits in konstruktiven
Einzelheiten beschriebenen Endstufe des erfindungsgemäßen
Getriebes verbunden. Es handelt sich um die Antriebswelle
10, die das Kegelritzel 17 eines Kegelradgetriebes 50 trägt.
Das Kegelritzel 17 treibt die Kegelzahnräder 16 an den Drehspindeln
12, die ihrerseits eine lineare Vorschubbewegung
der Werkzeugschlitten 7 quer zu der Getriebedrehachse 6
bewirken.
Das Grundprinzip des erfindungsgemäßen Vorschubwendegetriebes
30 ist, daß zur Drehrichtungs-Änderung der Abtrieb wahlweise
über ein innenverzahntes oder ein außenverzahntes Rad erfolgt.
Der erforderliche Schaltwechsel wird mit einer Schaltkupplung
55 bewirkt. Diese ist im oberen Teil von Fig. 2
in einer Stellung gezeigt, die dem Vorlauf V der Werkzeugschlitten
7 entspricht. Die in Fig. 2 unten gezeigte Schaltstellung
ist dem Rücklauf R der Werkzeugschlitten 7, d. h.
ihrer Bewegung in umgekehrter Radialrichtung, zugeordnet,
und zwischen den Schaltstellungen V und R befindet sich
eine Leerlauf- oder Nullstellung L der Schaltkupplung 55,
in der keine Antriebskraft auf die Werkzeugschlitten 7 weitergegeben
wird. Das Vorschubwendegetriebe 30 hat als Gehäuse
die Arbeitswelle 2. In der Vorlaufstellung V wird mittels
der Schaltkupplung 55 der Steg 36 der ersten Stufe an die
Arbeitswelle 2 gekoppelt, so daß er mit der Systemdrehzahl
nS umläuft. In der Rücklaufstellung R wird der Steg 36 der
ersten Stufe freigegeben, und stattdessen das Sonnenrad
42 der zweiten Stufe an die Arbeitswelle 2 gekoppelt. In
der Leerlaufstellung L schließlich ist die Schaltkupplung
55 völlig unwirksam, d. h. sowohl der Steg 36 der ersten
Stufe als auch das Sonnenrad 32 der zweiten Stufe sind freigegeben,
und es wird überhaupt keine Verbindung zu der
Arbeitswelle 2 hergestellt. Abgesehen von der Verbindungsmöglichkeit
über die Schaltkupplung 55, sind die Sonnenräder
32, 42, die Stege 36, 46 und die Hohlräder 38, 48 beider
Planetengetriebestufen jeweils im Innern des Gehäuses 1
bzw. der Arbeitswelle 2 reibungsarm drehbar. Die Getriebefreiheitsgrade
werden durch die erwähnte, starre Verknüpfung
zwischen der ersten und zweiten Stufe sowie die Planetenräder
34, 44 und den vom Vorschubdifferentialgetriebe 20 her
wirkenden Antrieb begrenzt.
Eingangsdrehzahl des Vorschubwendegetriebes 30 ist die vom
Vorschubdifferentialgetriebe 20 bereitgestellte Betriebsdrehzahl,
die größer oder gleich der Systemdrehzahl ist.
Diese Betriebsdrehzahl wird auf das Sonnenrad 32 in der
ersten Stufe des Vorschubwendegetriebes 30 gegeben. Betrachtet
man zunächst die Vorlaufstellung V der Schaltkupplung
55, so läuft der Steg 36 der ersten Stufe mit der Systemdrehzahl
um. Als Abtriebsteil der ersten Stufe dient also
das Hohlrad 38, d. h. ein Rad mit Innenverzahnung. Die
differentielle Drehzahl dieses Hohlrads 38 wird auf das
Sonnenrad 42 der zweiten Stufe gegeben, und da das Hohlrad
48 der zweiten Stufe wieder mit der Systemdrehzahl nS umläuft,
erhält man an dem als Abtriebsteil der zweiten Stufe
dienenden Steg 46 für die Antriebswelle 10 eine Antriebsdrehzahl,
die von der Systemdrehzahl verschieden sein kann.
Die entsprechende Abweichung in der Drehzahl ist proportional
zu der Drehzahldifferenz, die in dem Vorschubdifferentialgetriebe
20 erzeugt wird. Man erkennt, daß die erste Planetenradstufe
des Vorschubwendegetriebes im Vorlauf V als umlaufendes
Standgetriebe arbeitet.
Im Rücklauf R arbeiten hingegen die erste und zweite Stufe
als umlaufendes Planetenradgetriebe, wobei das Hohlrad 38
der ersten Stufe und das Sonnenrad 42 der zweiten Stufe
mit der Systemdrehzahl nS laufen. Die Betriebsdrehzahl des
Vorschubdifferentialgetriebes 20 wird unverändert auf das
Sonnenrad 32 der ersten Stufe gegeben, und ebenso erfolgt
unverändert der Abtrieb von der zweiten Stufe her über den
Steg 46. Der Antrieb wird nun aber von der ersten Stufe
über den Steg 36 weitergeleitet, d. h. ein Rad mit Außenverzahnung,
und zwar auf das Hohlrad 48 der zweiten Stufe.
Man erhält dadurch im Rücklauf eine betragsmäßig gleiche
Übersetzung wie im Vorlauf, aber eine Umkehr der Drehrichtung.
Auf die Drehspindeln 12 übertragen, ergibt sich entsprechend
eine lineare Bewegungsumkehr der Werkzeugschlitten 7.
In der Leerlaufstellung schließlich laufen die Räder des
Vorschubwendegetriebes 30 frei, und es wird keine Antriebskraft
auf die Werkzeugschlitten 7 übertragen.
Wird das Hohlrad 28 des Vorschubdifferentialgetriebes 20
auf die Drehzahl 0 gebremst, so ist eine konstante Übersetzung
im Getriebe vorhanden, was das erfindungsgemäße
Werkzeug insbesondere für ein Kegel- und Konturendrehen
geeignet macht. Das beschriebene, einstufige Vorschubdifferentialgetriebe
20 vermittelt ein einziges solches Festübersetzungsverhältnis.
Alternativ können aber auch mehrere
Festübersetzungen vorgegeben werden, wozu ein entsprechend
mehrstufiges Vorschubdifferentialgetriebe Verwendung findet.
Fig. 3 zeigt insofern exemplarisch ein als zweistufiges
Planetengetriebe aufgebautes Vorschubdifferentialgetriebe
120. Bei diesem wird der Antrieb, d. h. die Systemdrehzahl
nS, auf eine Sonnenradwelle 121 mit zwei Sonnenrädern 122,
123 gegeben. Die Sonnenräder 122, 123 sind axial hintereinander
auf der Sonnenradwelle 121 angeordnet. Sie sind
unterschiedlich groß, um verschiedene Getriebeübersetzungen
vorzugeben. Der Antrieb des Vorschubdifferentialgetriebes
120 erfolgt über einen Steg 126, der ein oder mehrere, verstellbare
Planetenräder 124 trägt. Die Planetenräder 124
lassen sich durch einen Schalteingriff von außen in Axialrichtung
verstellen, so daß sie wahlweise mit dem einen
oder anderen Sonnenrand 122, 123 kämmen. Sie stehen mit einem
Hohlrad 128 in Eingriff, desen Umdrehungsgeschwindigkeit
sich steuern läßt; insbesondere kann wiederum eine Bremse
54 vorgesehen sein, mit der sich das Hohlrad 128 kontinuierlich
bis zum Stillstand abbremsen läßt. Bei gebremstem Hohlrad
128 wird der Steg 126 mit einer Festübersetzung angetrieben,
deren Übersetzungsverhältnis verschieden ist, je nachdem,
in welcher Schaltstellung sich die Planetenräder 124 befinden.
Das Vorschubdifferentialgetriebe 120 gemäß Fig. 3 illustriert
eine Getriebebauform, bei der die Arbeitswelle 2 den axialen
Mittelbereich des Gehäuses 1 einnimmt und die Räder der
Planetengetriebe konzentrisch radial außen auf der Arbeitswelle
2 angeordnet sind. Diese Ausführungsform findet vorzugsweise
für Werkzeuges mit kleineren Bauabmessungen Verwendung.
Bei größeren Werkzeugen wird dagegen das Getriebe vorzugsweise
im Innern der Arbeitswelle 2 untergebracht, wie dies
in Fig. 1 und Fig. 2 gezeigt ist. Der jeweiligen Geometrie
entsprechend, erfolgt der Antrieb des Vorschubdifferentialgetriebes
20, 120 bevorzugt über das Sonnenrad oder den
Steg und der Abtrieb über das jeweils andere Rad.
Anstelle eines ein- oder zweistufigen Vorschubdifferentialgetriebes
20, 120 kann in entsprechender Weise auch ein
mehrstufiges Differentialgetriebe vorgesehen werden, das
eine größere Anzahl von Festübersetzungen vorgibt. Die von
dem Vorschubdifferentialgetriebe bereitgestellte Betriebsdrehzahl
läßt sich in jeder Getriebestufe durch Abbremsen
des Hohlrads 128 in den Grenzen der jeweiligen Festübersetzung
stufenlos variieren.
Für spezielle Bearbeitungsfolgen kann es weiterhin von
Vorteil sein, die Drehzahl des Hohlrads 28, 128 in dem Vorschubdifferentialgetriebe
20, 120 mittels eines externen
Antriebs zu steuern. Das Grundgetriebe und der Drehkopf
3 bleiben dabei im wesentlichen unverändert. Es wird nur
die Bremse 54 vollständig gelüftet, so daß das Hohlrad 28,
128 frei laufen kann, und es wird ein drehzahlgeregeltes
Antriebsaggregat auf das Hohlrad 28, 128 geschaltet, um
diesem eine präzise einstellbare Umlaufgeschwindigkeit zu
verleihen. Fig. 6 zeigt ein Ausführungsbeispiel für diese
Anordnung. Man erkennt ein Gehäuse 1 des erfindungsgemäßen
Werkzeugs, das mit abgenommenem Drehkopf und ohne den in
Fig. 1 gezeigten Adapterring 90 dargestellt ist. Das Gehäuse
1 ist im Betrieb mit seiner Stirnseite 130 dem Antriebsteil
einer Werkzeugmaschine zugekehrt, und die gegenüberliegende
Stirnseite 131 dient zum Anbau von auswechselbaren Drehköpfen
3; man erkennt insofern die aus der Stirnseite 131
austretende Antriebswelle 10 mit dem Kegelritzel 17. Der
Mantel des Gehäuses 1 ist mit einer Öffnung versehen, die
das Hohlrad 28, 128 des Vorschubdifferentialgetriebes 20,
120 von außen zugänglich macht. An dieser Öffnung ist ein
Antriebsaggregat 132 fest mit dem Gehäuse 1 verbunden.
Das Antriebsaggregat 132 beinhaltet in dem dargestellten
Ausführungsbeispiel einen Gleichstrommotor 133, der ein
bei 134 gelagertes Zahnrad 135 treibt. Die Drehzahl des
Zahnrads 135 wird mittels eines Tacho-Generators 136 gemessen,
der an der dem Motor 133 abgewandten Seite an das Zahnrad
135 gekuppelt ist. Die mechanischen Teile des Antriebsaggregats
132 und eine in Fig. 7 näher dargestellte, elektrische
Steuerschaltung sind Teil eines modularen Antriebsblocks,
der komplett an das Gehäuse 1 montiert wird und beispielsweise
auch als Nachrüstsatz angeboten werden kann.
Das Zahnrad 135 arbeitet über ein Zwischenrad 137 auf das
Hohlrad 28, 128 des Vorschubdifferentialgetriebes 20, 120.
Das Zwischenrad 137 ist in der Öffnung 138 des Gehäuses
1 drehbar gelagert. Als Drehachse dient ein Stift 139, der
in dem dargestellten Ausführungsbeispiel von der Stirnseite
130 her in das Gehäuse 1 eingreift. Der Stift 139 kann über
die Stirnseite 130 hinausstehen und zugleich zum Ausrichten
eines anzubauenden Adapterrings 90 dienen. Das Zwischenrad
137 kämmt zugleich mit dem Zahnrad 135 und einer Verzahnung
auf dem Außenmantel des Hohlrads 28, 128, so daß dieses
mit einer konstruktiv vorgegebenen Übersetzung angetrieben
wird.
Fig. 7 zeigt schematisch eine Steuerschaltung, wie sie in
dem Antriebsblock vorgesehen sein kann. Ein Drehzahlregler
140 kontrolliert die Versorgungsspannung des Gleichstrommotors
133 gemäß einem Soll-Wert für die Drehzahl, wobei
der entsprechende Ist-Wert mittels des Tacho-Generators
136 erfaßt wird. Als Steuergrößen erhält der Drehzahlregler
140 das Signal zweier Geber 141, 142, von den einer (141)
die Drehzahl nS der Arbeitswelle 2, und der andere (142)
die Drehzahl des Hohlrads erfaßt. Diese Werte erlauben es,
dem gewünschten Bearbeitungsvorgang entsprechend einen Soll-
Wert für die Motordrehzahl zu bestimmen, und sie können
überdies dazu herangezogen werden, die Zustellgeschwindigkeit
der Werkzeugschlitten 7 mit hoher Präzision zu messen.
Die elektrische Anschlußverbindung des Antriebsaggregats
132 kann über einen speziellen Schnellstecker erfolgen,
dessen Gegenstück sich an der Bearbeitungsmaschine befindet
und gegebenenfalls mit deren CNC-Steuerung verbunden ist.
Der Stecker ist mit einer Regelkarte in dem Antriebsblock
fest verdrahtet. Letzterer zeichnet sich durch eine kleine
Bauweise und eine niedrige Energieaufnahme aus. Durch die
gesamte Getriebekonstruktion genügt beispielsweise bei einer
Zerspannungsleistung von 22 kW für den Regelbereich eine
Antriebsleistung von 20 W. Die Steuerung mit einem Gleichstrommotor
133 ist besonders unaufwendig; es können aber
auch andere Motorbauformen, z. B. ein Schrittmotor, zum
Einsatz kommen.
Sieht man, wie beschrieben, einen externen, drehzahlgeregelten
Antrieb für das Hohlrad 28, 128 des Vorschubdifferentialgetriebes
120 vor, so arbeitet dieses als Überlagerungsgetriebe.
Diese Bauform ist gleichermaßen für ein- und mehrstufige
Vorschubdifferentialgetriebe 20, 120 denkbar. Sie
erlaubt einen universellen Betrieb des erfindungsgemäßen
Werkzeugs und eine Anpassung an alle denkbaren Bearbeitungsaufgaben.
Zurückkommend auf Fig. 1, sind nähere Einzelheiten des erfindungsgemäßen
Werkzeugs, und insbesondere des in Fig. 2
skiziierten Getriebes, zu erkennen. Das stillstehende,
mit der Werkzeugmaschinie kraftschlüssig zu verbindende Gehäuse
1 ist bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel zur Gewichtsersparnis
aus einer warm aushärtbaren, hochfesten Aluminiumlegierung
gefertigt. Wegen der Einfachheit der Bearbeitung
wurde das Gehäuse 1 als Drehteil ausgeführt. Die Arbeitswelle
2 ist aus vergütetem Stahl hergestellt. Sie stellt
auf Grund ihrer vielfältigen Funktionen das Herzstück des
erfindungsgemäßen Plan- und Ausdrehwerkzeugs dar. Die Arbeitswelle
2 dient als Träger des Drehkopfes 3, was mit der Forderung
nach einer höchsten Rund- und Planlaufgenauigkeit verbunden
mit einer hohen Starrheit einhergeht, die auch eine
schwerste Zerspanung bei ausladenden Werkzeugen möglich
macht. Weiterhin bildet die Arbeitswelle 2 den Steg 26,
d. h. den Planetenradträger des einstufigen Vorschubdifferentialgetriebes
20 sowie das Getriebegehäuse für das in der
Arbeitswelle 2 enthaltene Vorschubwendegetriebe 30. Dieses
Vorschubwendegetriebe ist in dem dargestellten Ausführungsbeispiel
als getrennt gekapseltes Getriebe mit eigener Schmierölfüllung
ausgeführt. Schließlich ist die Arbeitswelle 2
auch der Führungsträger für eine noch nachstehend näher
zu beschreibende Umschaltautomatik.
Die Lagerung der Arbeitswelle 2 in dem Gehäuse 1 muß nach
dem Kriterium höchster Steifigkeit, Lagerspiel-Einstellbarkeit,
höchster Tragfähigkeit und kleinstem Bauvolumen und
einem trotzdem guten Drehzahlverhalten ausgewählt werden.
Präzisions-Kegelrollenlager 56 haben sich bestens bewährt.
Die Kegelrollenlager 56 werden mit leichter Vorspannung
angestellt, wobei die Vorspannung durch eine Paßscheibe
abgestimmt wird. Die Schmierung erfolgt im vorderen Lager
durch eine Fettfüllung, wobei das Lager mittels eines Labyrinthrings
abgedichtet wird. Mit dieser Aufteilung werden
Pantschverluste, die sich auf Grund des großen Wellenabsatzes
ergeben würden, wirkungsvoll vermieden.
Die Arbeitswelle 2 trägt als Steg 26 die Planetenräder 24
des einstufigen Vorschubdifferentialgetriebes 20, und sie
nimmt das Hohlrad 28 des Vorschubdifferentialgetriebes
20 mit. Das Hohlrad 28 ist auf seinem Außenmantel an dem
einen axialen Ende kegelförmig angeschrägt. Die erhaltene
Kegelfläche bildet eine Reibfläche für den stillstehenden
Bremsring 57 einer Kegelreibbremse 54, deren Anpreßdruck
sich mittels eines Stellexzenters 58 kontinuierlich variieren
läßt. Der Stellexzenter 58 wirkt über einen federbelasteten
Stößel auf den Bremsring 57. Der Anpreßdruck
verändert die Reibkraft proportional, d. h. der Reibungskoeffizient
zwischen Bremsring 57 und Hohlrad 28 ist konstant
oder annähernd konstant. Entsprechend proportional ändert
sich die Vorschubgeschwindigkeit der Werkzeugschlitten 7,
wobei in den Grenzen der Festübersetzung ein großer, stufenloser
Stellbereich gewährleistet ist.
Das Sonnenrad 22 des Vorschubdifferentialgetriebes 20 ist
in Axialrichtung beidseits wellenartig verlängert. Der
rechte Wellenabschnitt 60 des Sonnenrads 22 dient als Träger
des Sonnenrads 32 in der ersten Stufe des Vorschubwendegetriebes,
wobei diese beiden Sonnenräder 22, 32 starr
miteinander gekoppelt sind. Hinsichtlich der übrigen Getriebeelemente
des Vorschubwendegetriebes 30 und ihre wechselweise
Kopplung kann auf die obige Beschreibung anhand des
Getriebeplans Fig. 2 verwiesen werden.
Bezugnehmend auf Fig. 1 und Fig. 4, findet als Schaltkupplung
zum Umschalten des Vorschubwendegetriebes 30 eine Stirnzahnkupplung
Verwendung. Als Betätigungselement dient eine Schaltstange
61, die in einer Gehäusebohrung der Arbeitswelle
2 drehfest und axial beweglich gelagert ist. Die axiale
Verschiebebewegung der Schaltstange 61 erfolgt parallel
zu der Längsmittelachse 6, d. h. der Drehachse der Arbeitswelle
2. Die Schaltstange 61 trägt an einem Querstift 62
ein Kupplungsglied 63. Der Steg 36 in der ersten Stufe des
Vorschubwendegetriebes 30 und das Sonnenrad 42 in der zweiten
Stufe sind an einander zugewandten Stirnflächen mit einer
Stirnverzahnung versehen, und bei einer axialen Verschiebebewegung
der Schaltstange 61 kann das Kupplungsglied 63
wahlweise mit beiden Stirnverzahnungen rasten. Die in Fig. 1
dargestellte Raststellung mit dem Steg 36 ist dem Vorlauf
V der Werkzeugschlitten 7 zugeordnet, und die Raststellung
mit dem Sonnenrad 42 (nicht dargestellt) entspricht dem
Rücklauf R. Zwischen diesen Raststellungen kann das Kupplungsglied
63 eine verbindungslose Leerlauf- oder Neutralstellung
L einnehmen (Fig. 4).
Der Schaltwechsel des Vorschubwendegetriebes 30 zwischen Vorlauf
V und Rücklauf R sowie der Neutralstellung L kann erfindungsgemäß
sowohl durch einen Stelleingriff von Hand als auch
mittels einer manuell vorwählbaren Umschaltautomatik erfolgen.
Diese soll beispielsweise einen Arbeitsvorgang wie folgt
steuern: Die Werkzeugschlitten 7 laufen bei gleichzeitiger
Drehung des Drehkopfes 3 mit einer eingestellten Vorschubgeschwindigkeit
im Vorlauf V an. Nach Erreichen einer einstellbaren Endlage erfolgt ein Umschalten des Vorschubwendegetriebes
30, und die Werkzeugschlitten 7 gehen mit unveränderter
Vorschubgeschwindigkeit in den Rücklauf, bis sie
eine zweite Endlage, z. B. die Ausgangsstellung, erreichen.
Hier erfolgt ein Umschalten des Vorschubwendegetriebes 30
in die Leerlaufstellung L, und der Arbeitsvorgang wird erst
dann wiederholt, wenn die Arbeitswelle 2 abgeschaltet und
zum Stillstand gebracht worden ist. In weiteren Einstellungen
der Umschaltautomatik soll nach erfolgtem Vorlauf oder Rücklauf
keine automatische Gegenbewegung der Werkzeugschlitten
7 erfolgen, sondern ein sofortiger Schaltwechsel in die
Leerlaufstellung L bewirkt werden, sobald die Werkzeugschlitten
7 die eingestellte Endlage erreichen. Diese Vorgänge sollen
schließlich unabhängig davon ablaufen, welche Bewegungsrichtung
der Werkzeugschlitten 7 - radial von außen nach
innen oder von innen nach außen - für den Vorlauf V bzw. Rücklauf
R eingestellt wird.
Dieses vorwählbare Schaltverhalten wird erfindungsgemäß
mit einer mechanischen Umschaltautomatik erreicht, die die
Schaltkupplung 55 beeinflußt. Die Schaltwechsel der Schaltkupplung
55 in Endlagen der Werkzeugschlitten 7 werden dabei
mittels eines Momentenschalters ausgelöst, der bei einer
Drehmomentüberhöhung über ein vorgegebenes Grenzdrehmoment
schaltet, das z. B. dem maximal zulässigen Vorschubschnittmoment
entsprechen kann. Diese Umkehr der Vorschub-Antriebsrichtung
durch eine Drehmomentüberhöhung hat den bemerkenswerten
Vorteil, daß das erfindungsgemäße Werkzeug getriebeseitig
niemals überlastet werden kann. Selbst wenn ein Bruch
des Schneidwerkzeugs eintritt und das resultierende Vorschubdrehmoment
entsprechend übermäßig ansteigt, hat dies nur
zur Folge, daß das Vorschubwendegetriebe 30 umschaltet
und in Leerlaufstellung verharrt, bis der Antrieb der Arbeitswelle
2 abgeschaltet wird.
Der erfindungsgemäße Momentschalter arbeitet wie folgt.
Der Schnittwiderstand des Schneidwerkzeugs oder eine andere,
den radialen Vorschub der Werkzeugschlitten 7 hemmende Kraft
erzeugt in dem Vorschubwendegetriebe 30 ein Drehmoment,
das dem von der Arbeitswelle 2 her abgeleiteten Antriebsdrehmoment
entgegengerichtet ist. Dieses Gegendrehmoment
tendiert dazu, das Kupplungsglied 63 außer Eingriff mit
der Stirnverzahnung an dem Steg 36 in der ersten Stufe des
Vorschubwendegetriebes bzw. dem Sonnenrad 42 in der zweiten
Stufe des Vorschubwendegetriebes zu bringen. Die Schaltkupplung 55 ist so dimensioniert, daß das normale Betriebsdrehmoment
nicht ausreicht, um die Schaltkupplung 55 in
dieser Form zum Ausrasten zu bringen. Steigt aber das Gegendrehmoment
steil über ein bestimmtes Grenzdrehmoment an,
so hebt das Kupplungsglied 63 von der jeweiligen Stirnverzahnung
ab, wobei eine Bewegung an den Zahnflanken entlang
erfolgt. Hieraus resultiert eine axiale Hubbewegung der
Schaltstange 61, die zu einem Umspringen der Schaltkupplung
55 führt.
Die Axialbewegung der Schaltstange 61 wird durch einen federbelasteten
Kniehebelmechanismus unterstützt, der zwischen
den Raststellungen der Schaltkupplung 55 eine Strecklage
durchläuft. Der Kniehebelmechanismus besteht aus einem Paar
von einarmigen Hebeln 64, 65, die durch ein Gelenk an der
Schaltstange 61 miteinander verbunden sind. An ihren diesem
gemeinsamen Kniegelenk abgewandten Enden sind die Hebel
64, 65 ebenfalls gelenkig gelagert. Das Kniegelenk befindet
sich etwa in der Längsachse der Schaltstange 61, und die
beiden anderen Gelenke sind beidseits von der Schaltstange
61 um etwa den gleichen Betrag ausgestellt. In dem dargestellten
Ausführungsbeispiel ist der eine Kniehebel 64 fest an
die Arbeitswelle 2 angelenkt. Das Gelenk des anderen Kniehebels
65 befindet sich dagegen an einem Schieber, der in
eine Bohrung 66 des Deckels 9 eintaucht. Die Bohrung 66
verläuft quer zu der Längsachse der Schaltstange 61, und
der Schieber ist in der Bohrung 66 axial beweglich gelagert.
Er steht unter der Kraft einer einstellbaren Druckfeder
67, die bestrebt ist, den Kniehebelmechanismus in einer
abgewinkelten Lage zu halten, in der sich das Kniegelenk
entweder links oder rechts von dem äußeren Gelenk der Kniehebel
64, 65 befindet. In diesen Stellungen wird eine Kraftkomponente
der Druckfeder 67 über den Kniehebelmechanismus
auf die Schaltstange 61 übertragen, wodurch die Schaltkupplung
55 in Raststellungen vorgespannt wird, die dem Vorlauf
bzw. Rücklauf der Werkzeugschlitten 7 entspricht. Beim Umschalten
zwischen Vorlauf und Rücklauf springt der Kniehebelmechanismus
um, wobei er seine Strecklage durchläuft, in
der alle Gelenke auf einer Linie quer zur Längsrichtung
der Schaltstange 61 liegen. Durch Regulieren der Federkraft
der Druckfeder 67 kann das Umschaltmoment der Schaltkupplung
55 eingestellt werden.
Wie man insbesondere in Fig. 5 erkennt, spannt der Kniehebelmechanismus
in der Leerlaufstellung L die Schaltstange 61
derart vor, daß die Schaltkupplung 55 bevorzugt in die
Vorlaufstellung V fällt. Dieser Vorrang des Vorlaufs liegt
konstruktiv fest; Vorlauf V und Rücklauf R tauschen aber
ihre Richtungen bei einem Drehrichtungswechsel des Systems,
d. h. einer Umkehr von nS. Der Vorrang des Vorlaufs ist
kennzeichnend für den Betrieb mit Umschaltautomatik; er
kann nur im Handbetrieb umgangen werden.
Die Drehmomentüberhöhung, die zu einem Umspringen der Schaltkupplung
55 führt, wird am einfachsten dadurch bewirkt,
daß man die Werkzeugschlitten 7 in den gewünschten Endlagen
auf Festanschläge 68 auflaufen läßt. Die Festanschläge 68
sind präzise einstellbar in dem Drehkopf 3 gehaltert. Sie
sind für die Maßgenauigkeit des zu bearbeitenden Werkstücks
an entscheidender Stelle mitverantwortlich, und sie sind
deshalb vollständig gekapselt in dem Körper des Drehkopfes
3 angeordnet. Jedem der Werkzeugschlitten 7 sind zwei Festanschläge
68 zugeordnet, die seinen Radialhub beidendig
begrenzen. Die Festanschläge 68 sind jeweils auf eine Gewindespindel
69 aufgezogen, vermittels derer sie von außen beliebig
verstellbar sind. Die Gewindespindeln 69 sind an ihrem von
außen her zugänglichen Ende für den Angriff eines geeigneten
Stellwerkzeugs ausgelegt. In einer besonders einfachen,
bedienungsfreundlichen Anordnung kann das Ende der Gewindespindeln
69 stirnseitig einen Innensechskant tragen, so
daß die Gewindespindeln 69 mit einem Inbus-Schlüssel gedreht
werden können. Die Festanschläge 68 werden mittels einer
Klemmleiste 70 und zugehörigen Klemmschrauben 71 geklemmt.
Die erfindungsgemäße Anordnung ermöglicht es, in der Werkzeug-
Voreinstellung den Drehkopf 3 für ein bestimmtes Bearbeitungsproblem
komplett einzurichten und so quasi die Bewegung
der Werkzeugschlitten 7 zu programmieren.
Die Schaltfolge des Vorschubwendegetriebes beim Auflaufen
der Werkzeugschlitten 7 auf die Festanschläge 68 wird durch
die Umschaltautomatik bestimmt. Bezugnehmend auf Fig. 4
und Fig. 5, beinhalten diese einen Vorwahlhebel 150, vermittels
dessen sich eine Kulisse 151 verschieben läßt. Die
Kulisse 151 ist geeignet, in verschiedenen Schaltstellungen
den Axialhub der Schaltstange 61 zu begrenzen. In einer
Stellung VL des Vorwahlhebels wirkt die Begrenzung so, daß
die Schaltkupplung 55 nur die Vorlaufstellung V und die
Leerlaufstellung L einnehmen, nicht aber in die Rücklaufstellung
R fallen kann. In einer Stellung RL des Vorwahlhebels
ist die Schaltkupplung in entsprechender Weise auf
die Rücklauf- und Leerlaufstellung R bzw. L beschränkt.
In der in Fig. 4 und in Fig. 5 gezeigten Stellung A des
Vorwahlhebels 150 schließlich ist die Kulisse wirkungslos,
und die Schaltkupplung 55 kann zwischen Vorlauf V, Rücklauf
R und Leerlauf L umschalten. Die Stellung VL ist einem Schaltzyklus
zugeordnet, in dem die Werkzeugschlitten 7 einen
Vorlauf durchführen, nach dessen Beendigung das Getriebe
in die Leerlaufstellung schaltet. Die Stellung RL betrifft
in entsprechender Weise den Zyklus Rücklauf-Leerlauf, und
in der Stellung A läuft ein Zyklus in der Form Vorlauf-
Rücklauf-Leerlauf ab.
Alle mit der Umschaltautomatik vorgebbaren Arbeitszyklen
enden also im Leerlauf L. Die Umschaltautomatik hat die
Funktion einer Wiederholsperre, die zur Verhinderung eines
weiteren Arbeitszyklus' den Antrieb der Werkzeugschlitten
7 so lange in der Leerlaufstellung hält, bis der Hauptantrieb
der Arbeitswelle 2 abgeschaltet wird. Diese Wirkung wird
unabhängig von der Drehrichtung der Arbeitswelle 2 erzielt.
Die Systemdrehzahl nS, d. h. die Drehzahl der Arbeitswelle
2, ist der einzige Regelparameter der Umschaltautomatik,
und im übrigen ist eine Vollautomation gewährleistet. Da
sich dieser freie Parameter aber über den Arbeitszyklus
nicht ändert, ist zur Ansteuerung des Vorschubwendegetriebes
eine spezielle Freilaufkupplung vorgesehen.
Die Freilaufkupplung arbeitet zwischen der Arbeitswelle
2 und dem Vorschubdifferentialgetriebe 20, 120. Sie ist
koaxial zu der Längsmittelachse 6 der Arbeitswelle 2 angeordnet
und besteht aus einem radial innen arbeitenden, buchsenförmigen
Läufer 72 und einer darauf außen aufgezogenen Hülse
73. Die Hülse 73 ist mittels eines Nadellagers 74 drehbar
auf dem Läufer 72 gelagert. Der Außenmantel des Läufers
72 verjüngt sich auf das Nadellager 74 hin konisch, und
der Innenmantel des Läufers 72 bildet eine entsprechende
Konusfläche, an der der Läufer 72 flächig anliegt. Der Läufer
72 ist in dieser Anlagestellung durch die Kraft einer Feder,
z. B. eines Tellerfederpakets 75, vorgespannt. Das Tellerfederpaket
75 stüzt sich dabei einseitig an einer Stellbuchse
76 ab, die von dem dem Nadellager 74 abgewandten
Ende der Hülse 73 axial nach innen verstellbar angeordnet
ist. Die andere Seite des Tellerfederpakets 75 beaufschlagt
eine Laufscheibe 77, die ihrerseits mit der rückwärtigen
Stirnfläche des Läufers 72 über ein Axialnadellager 78 in Anlage
steht. Läufer 72 und Hülse 73 sind durch den einstellbaren
Anpreßdruck des Tellerfederpakets 75 reibschlüssig miteinander
gekoppelt. Sie stehen in einer Kupplungsstellung der erfindungsgemäßen
Freilaufkupplung in drehfester Anlage miteinander.
In einer Freilaufstellung kann sich hingegen die
Hülse 73 von dem Läufer 72 lösen und auf dem Radialnadellager
74 und dem Axialnadellager 78 eine Drehbewegung relativ
zu dem Läufer 72 ausführen.
Die Freilaufkupplung ist in einer zentrischen Gehäuseöffnung
der Arbeitswelle 2 aufgenommen und in Axialrichtung darin
verschiebbar. Im unteren bzw. oberen Teil von Fig. 1 ist
die Freilaufkupplung jeweils in den Endlagen ihrer axialen
Hubbewegung dargestellt. Diese Hubbewegung wird durch eine
Realtivdrehung zwischen der Arbeitswelle 2 und dem Antriebsrad
des Vorschubdifferentialgetriebes 20 bewirkt; letzteres
ist in Fig. 1 das Sonnenrad 22. Die Freilaufkupplung ist
auf den linken Wellenabschnitt 89 des Sonnenrades 22 aufgezogen.
Dieser Wellenabschnitt 89 trägt ein Gewinde, auf
dem sich die Freilaufkupplung vorschraubt. Hierzu steht
der Läufer 72 der Freilaufkupplung mit dem Gewinde in Eingriff.
Im einzelnen ist eine Gewindebuchse 79 drehfest auf
den Wellenabschnitt 89 des Sonnenrads 22 aufgeschraubt.
Die Gewindebuchse 79 trägt ein Außengewinde, und in diesem
Außengewinde läuft ein quer zu der Längsrichtung der Freilaufkupplung
orientierter, an dem Läufer 72 befestigter Zapfen
80. Der Läufer 72 ist über diesen Zapfen antriebsmäßig an
das Sonnenrad 22 des Vorschubdifferentialgetriebes 20 gekoppelt. Andererseits
steht der Außenmantel der Hülse 73 mit der Arbeitswelle 2 in
einer kraftübertragenden Anlage, so daß die Hülse 73 bei
einer Drehung der Arbeitswelle 2 mitgenommen wird. Ein
Vorschrauben der Freilaufkupplung auf dem Wellenabschnitt
78 des Sonnenrads 22 erfolgt dadurch nur dann, wenn zwischen
der Arbeitswelle 2 und dem Sonnenrad 22 eine Drehzahldifferenz
herrscht; dies ist aber genau die Antriebsbedingung
für die Werkzeugschlitten 7.
Gemäß einer bevorzugten Ausbildung der vorliegenden Erfindung
steht der Läufer 72 der Freilaufkupplung mit einem
Rechts-Links-Gewinde auf dem Sonnenrad 22 des Vorschubdifferentialgetriebes
20 in Eingriff. Durch diese Anordnung
ist gesichert, daß der axiale Arbeitshub der Freilaufkupplung
unabhängig von der Antriebsdrehrichtung der Arbeitswelle
2 stets in die gleiche Richtung erfolgt, und zwar
in Fig. 1 nach rechts. Mit dem Arbeitshub der Freilaufkupplung
wird eine Rückstellfeder 81 gespannt und ein Gestänge
betätigt, das die Bewegung der Schaltstange 61 beeinflußt.
Man erkennt im einzelnen einen mit der Freilaufkupplung
in Axialrichtung mitbewegten Bolzen 82, der in
einer Gehäusebohrung der Arbeitswelle 2 gelagert ist. Der
Bolzen 82 ist mit der Hülse 73 der Freilaufkupplung verstiftet.
Der entsprechende Stift 83 ragt durch einen Längsschlitz
84 in der Wand der Arbeitswelle 2, und er schafft
dadurch zugleich eine verdrehsichere, axial verschiebbare
Kopplung zwischen der Hülse 73 und der Arbeitswelle 2.
Die axiale Erstreckung des Längsschlitzes 84 verdeutlicht
den Kupplungshub der Freilaufkupplung. Der Bolzen 82 beaufschlagt
über eine zwischengespannte Feder 85 einen Keil
86, der zusammen mit der Feder 85 in derselben Längsbohrung
der Arbeitswelle 2 aufgenommen ist wie der Bolzen 82. Ein
Ende dieser Längsbohrung wird von einer radialen Querbohrung
getroffen, und in dieser Querbohrung ist ein bolzenförmiger
Anschlag 87 axial beweglich gelagert. Der Anschlag 87 weist
eine angeschrägte Stirnfläche auf, die von dem Keil 86 nach
Art eines Keiltriebs beaufschlagt wird. Der Anschlag 87
wird dadurch gegen die Kraft einer Stellfeder 88 radial
nach außen gelenkt. Der Anschlag 87 tritt dabei in die axiale
Bewegungsbahn der Schaltstange 61, die durch den Anschlag
87 eine Hubbegrenzung erfährt. In Fig. 1 kann die Schaltstange
61 mehr oder weniger weit nach links fahren, je
nachdem, ob der Anschlag 87 sich in einer Stellung radial
innen oder radial außen befindet.
Die Funktion der so erhaltenen Umschaltautomatik wird im
folgenden exemplarisch anhand eines Arbeitszyklus' erläutert,
der in der Stellung A des Vorwahlhebels 150 abläuft und
mit einem Vorlauf des Werkzeugschlittens 7 beginnt. Die
Schaltkupplung 55 befindet sich also in der Vorlaufposition
V, die in Fig. 1 gezeigt ist, und die Schaltstange 61 hat
- ungehindert von dem Anschlag 87 - ihre weitestmögliche
Auslenkung nach links. Die Freilaufkupplung befindet sich
in ihrer Ausgangsposition, die im unteren Teil von Fig.
1 dargestellt ist, und der Läufer 72 und die Hülse 73 liegen
in ihrer reib- bzw. kraftschlüssigen Kupplungsstellung aneinander
an. Wird nun für den beginnenden Vorschub der Werkzeugschlitten
7 das Hohlrad 28 des Vorschubdifferentialgetriebes
20 gebremst, oder auf andere Weise eine von der
Systemdrehzahl verschiedene Drehzahl des Hohlrads 28 vorgegeben,
so stellt sich eine Drehzahldifferenz zwischen dem Sonnenrad 22 des Vorschubdifferentialgetriebes
20 und der Arbeitswelle 2 ein. Hierdurch
schraubt sich die Freilaufkupplung auf dem Sonnenrad
22 vor, bis sie ihre in Fig. 1 oben gezeigte, maximale
Auslenkung erreicht. Während dieser Hub-Längsbewegung wird
die Rückstellfeder 81 gespannt. Weiterhin wird über den
Bolzen 82 die den Keil 86 beaufschlagende Feder 85 gespannt.
Eine Bewegung des Keils 86 und des Anschlags 87 erfolgt
aber noch nicht, da der Anschlag 87 durch die in Vorlaufposition
befindliche Schaltstange 61 blockiert wird. Das
Schaltgestänge behält seine Lage bei, bis ein Werkzeugschlitten
7 auf einen Festanschlag 68 läuft. Wenn die Freilaufkupplung
die in Fig. 1 oben dargestellte Endposition
ihres Arbeitshubs erreicht hat, wird die weitere Relativbewegung
zwischen Arbeitswelle 2 und Sonnenrad 22 des Vorschubdifferentialgetriebes
20 durch einen Freilauf zwischen
dem Läufer 72 und der Hülse 73 ausgeglichen. Der Läufer
72 dreht dabei mit dem Sonnenrad 22 und die Hülse 73 mit
der Arbeitswelle 2. Die Kupplungsreibung zwischen diesen
beiden Teilen wird durch die Kraft der Feder 85 und der
Stellfeder 88 vermindert, die dem Tellerfederpaket 75 entgegengerichtet
wirken.
Erreicht nun ein Werkzeugschlitten 7 einen Festanschlag
68, so springt auf Grund der Drehmomentüberhöhung die Schaltkupplung
55 um. Die Schaltstange 61 wird nach rechts bewegt,
und die Schaltkupplung 55 erreicht die Rücklaufstellung
R. Damit wird der Anschlag 87 freigegeben, und er
bewegt sich unter der Wirkung des federbelasteten Keils
86 gegen die Kraft der Stellfeder 88 radial nach außen.
Die Stellfeder 88 wird dabei für die spätere Rückbewegung
des Anschlags 87 um einen gewissen Betrag gespannt. Sie
hat außerdem die Aufgabe, die Fliehkräfte des Anschlags
87 aufzunehmen. Der Anschlag 87 nimmt in der Bewegungsbahn
der Schaltstange 61 eine Leerlauf-Verriegelungsposition
ein.
Endet nun der Rücklauf der Werkzeugschlitten 7 an einem
weiteren Festanschlag 68, so erfolgt ein erneutes Umspringen
der Schaltkupplung 55. Die Schaltstange 61 kann nun aber
nicht den vollen Rückhub in die Vorlaufposition vollführen,
da sie durch den Anschlag 87 eine Hubbegrenzung erfährt.
Sie bewegt sich daher nur in eine Mittelstellung, die der
Leerlauf- oder Neutralstellung L der Schaltkupplung 55
zugeordnet ist. Damit wird die erfindungsgemäße Wiederholsperre
wirksam und ein erneuter Vorlauf der Werkzeugschlitten
7 verhindert.
Um wieder in die Vorlaufposition zu kommen und einen neuen
Arbeitszyklus zu starten, wird der Hauptantrieb der Arbeitswelle
2 abgeschaltet. Bei Stillstand der Arbeitswelle 2
tritt die Rückstellfeder 81 in Aktion, und unterstützt durch
die Feder 85 und die Stellfeder 88 erfolgt ein Rückhub
der Freilaufkupplung in die Ausgangsstellung. Die Freilaufkupplung
schraubt sich dabei auf dem Gewinde an dem Sonnenrad
22 des Vorschubdifferentialgetriebes zurück, was auf
Grund der großen Steigung und der kurzen Gewindegänge des
Rechts-Links-Gewindes ohne weiteres möglich ist. Die einzelnen
Rechts-Links-Gewindestufen können sich beispielsweise
über einen Umfangswinkel von 30° auf dem Sonnenrad 22 erstrecken.
Die Federn 85, 88 in dem Betätigungsgestänge entspannen
sich, und der Anschlag 87 wird in seine Ausgangsstellung
radial innen überführt. Hierdurch wird die Schaltstange
61 freigegeben, und sie springt unter der Wirkung
der federbelasteten Kniehebelmechanik in ihre Vorzugslage,
die in dem dargestellten Ausführungsbeispiel der Vorlaufposition
entspricht. Das Werkzeug ist damit für den nächsten
Bearbeitungszyklus bereit. Der beschriebene Ablauf gilt
gleichermaßen für Rechts- und Linkslauf der Arbeitswelle
2, wobei nur Vorlauf und Rücklauf in ihrer Richtung vertauscht
sind.
In den Stellungen VL und RL des Vorwahlhebels 150 wird die
Schaltkupplung 55 so durch die Kulisse 151 beaufschlagt, so
daß nur ein Teil des der Stellung A zugoerdneten Zyklus'
ablaufen kann. Das Vorschubwendegetriebe 30 bewirkt dann
keine automatische Bewegungsumkehr der Werkzeugschlitten
7, sondern es geht direkt von der Vorlauf- bzw. Rücklaufstellung
in die Leerlaufstellung und behält diese bei, bis
der Hauptantrieb der Arbeitswelle 2 abgeschaltet wird.
Neben dem beschriebenen Automatikbetrieb kann die Einstellung
bzw. der Wechsel zwischen Vorlauf, Rücklauf und Leerlauf
des erfindungsgemäßen Werkzeugs auch rein manuell erfolgen.
Hierzu wird die Schaltstange 61 mit dem Kupplungsglied 63
mittels eines geeigneten Bedienungselements in Axialrichtung
verstellt. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform kann
dazu derselbe Bedienungshebel Verwendung finden, vermittels
dessen sich auf die Vorwahl der Umschaltautomatik vornehmen
läßt.
Fig. 5 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines solchen kombinierten
Schalt- und Vorwahlhebels 150. Dieser ist in seiner
dem Automatikbetrieb zugeordneten Stellung A gezeigt, in
der die Kulisse 151 nicht wirksam ist. Die Kulisse 151 ist
hülsenförmig gestaltet. Sie nimmt einen Stift 152 auf, der
mit der Schaltstange 61 der Schaltkupplung 55 verbunden
ist. Die Schaltkupplung ist in der Leerlaufstellung L gezeigt,
in der sich das Kupplungsglied 63 außer Eingriff mit den
Rädern des Vorschubwendegetriebes 30 befindet. In der Stellung
A des Vorwahlhebels 150 hat der Stift 152 so viel
Bewegungsspiel in der Kulisse 151, daß die Schaltstange
61 sowohl einen Hub nach links in den Vorlauf V als auch
einen Hub nach rechts in den Rücklauf R ausführen kann.
Es läuft daher der beschriebene Arbeitszyklus Vorlauf-
Rücklauf-Leerlauf ab.
Zur Hubbegrenzung der Schaltstange 61 kann die Kulisse 151
in einer Führung 153 parallel zu der Längsrichtung der Schaltstnage
61 verstellt werden. Hierzu wird ein Knopf 154 des
Vorwahlhebels 150 entsprechend betätigt. Bei Verschieben
der Kulisse in die Position VL nach links wird das Zurückspringen
der Schaltstange 61 in die Rücklaufstellung R verhindert,
indem der Stift 152 auf die Kulisse 151 auftrifft,
und bei einem Verschieben nach rechts in die Position RL
wird in entsprechender Weise der Vorlauf V gesperrt. Es
laufen somit Arbeitszyklen ohne Bewegungsumkehr der Werkzeugschlitten
7 ab.
Für den reinen Handbetrieb des erfindungsgemäßen Werkzeugs
wird der Knopf 154 gedreht, wie dies durch den Pfeil M angedeutet
ist. Hierdurch legt sich die Kulisse 151 so um den
Stift 152, daß dieser in Axialrichtung der Schaltstange
61 kein Bewegungsspiel mehr besitzt. Die Schaltstange 61
folgt somit zwangsweise einer Verschiebebewegung des Schalthebels
150, durch die die Schaltkupplung 55 von Hand in
den Vorlauf, Rücklauf oder Leerlauf geschaltet wird.
Zurückkommend auf Fig. 1, können die Werkzeugaufnahme 4
und der Adapterring 90 des erfindungsgemäßen Werkzeugs problemlos
an die jeweils zur Verfügung stehenden Werkzeugmaschinen
angepaßt werden. Der im einzelnen beschriebene Drehkopf
3 ist mit zwei Werkzeugschlitten 7 bestückt. Diese Anordnung
hat den Vorteil eines vollständigen Massenausgleichs, auf
Grund dessen höhere Drehzahlen möglich sind. Weiterhin bietet
sich eine Aufteilung der Vorschubkräfte, welche sich im
Hinblick auf das Verschleißverhalten des Gewindespindeltriebs
vorteilhaft auswirkt. Die erfindungsgemäße Getriebemechanik
und Umschaltautomatik kann aber selbstverständlich
auch in Verbindung mit einem Drehkopf 3 Verwendung finden,
der nur einen einzigen Werkzeugschlitten 7 besitzt (nicht
dargestellt).
Die Erfindung erlaubt ein schnelles Auswechseln verschiedener
Drehköpfe, die z. B. einen unterschiedlichen Drehdurchmesser,
verschiedene Planschieberhübe und eine wahlweise Übersetzung
im Gewindespindeltrieb besitzen können. Praktisch für jeden
Bearbeitungsfall kann ein geeigneter Drehkopf bereitgestellt
werden. Auf Grund der zentrischen Anordnung des Antriebs
der Gewindespindeln können ein oder mehrere Werkzeugschlitten
7 zum Einsatz kommen, was u. a. ein mehrstufiges Drehen
in einem Arbeitgsgang möglich macht. Durch die koaxiale Bauart
des Getriebes und die symmetrische Anordnung aller rotierenden
Teile ist eine absolute Unwuchtfreiheit gewährleistet, so
daß auch hohe Drehzahlen ohne Stabilitätseinbußen möglich
sind. Der Körper des Drehkopfes 3 kann aus einer warm aushärtbaren,
hochfesten Aluminiumlegierung bestehen, die das Gewicht
des Drehkopfes 3 minimiert und die auftretenden Schwungmomente
gering hält. Man erhält so eine hohe Leistungsfähigkeit
bei relativ geringem Gewicht. Der erfindungsgemäße Drehkopf
ist hinsichtlich der Werkzeugbestückung äußerst universell.
Die Werkzeugschlitten können für eine präzise Werkzeugträger-
Befestigung z. B. mit einer Feinverzahnung in Längsrichtung
versehen werden, wie sie auch bei Bohr- und Feinbohrkronen
Verwendung findet. Man erhält eine reproduzierbare und unveränderliche
Genauigkeit in der Werkzeugbestückung, begründet
auf einem absoluten Formschluß zwischen dem Werkzeugträger
und dem Werkzeugschlitten in der Hauptbelastungsrichtung.
Es können Standard-Werkzeugträger mit Schnellspannung, Kombinations-
Werkzeugträger und Sonder-Werkzeugträger Verwendung
finden, und auch hinsichtlich der Schneidwerkzeuge bestehen
vielfältige Auswahlmöglichkeiten.
Das erfindungsgemäße Werkzeug kann generell für sämtliche
Plandrehvorgänge eingesetzt werden. Weiterhin ist ein Hinterdrehen,
ein Setzen von umlaufenden Nuten und Einstichen
in jeder beliebigen Position und Form sowie ein Längsdrehen
und Gewindeschneiden möglich. Bei mehrachsigem Trieb ergeben
sich mannigfaltige Möglichkeiten durch ein lageexzentrisches
Drehen, kegeliges Drehen und Drehen von beliebigen, rotationssymmetrischen
Konturen.
Claims (25)
1. Vorrichtung zum Plandrehen, Ausdrehen und für andere Drehvorgänge,
mit einem ortsfest festlegbaren Gehäuse (1), mit
einer in dem Gehäuse (1) drehbar gelagerten Arbeitswelle
(2), mit einem drehfest an der Arbeitswelle (2) angeordneten,
relativ zum Gehäuse (1) drehbaren Drehkopf (3),
mit mindestens einem am Drehkopf (3) quer zu dessen Drehachse
(6) verschiebbar gelagerten, mit einem Schneidwerkzeug
bestückbaren Werkzeugschlitten (7), dessen Antrieb
über in Ebenen senkrecht zur Drehachse (6) liegende
gekoppelte Planetengetriebe von der Arbeitswelle abgeleitet
wird, wobei ein als Vorschubdifferentialgetriebe
(20, 120) wirkendes Planetengetriebe zur Einstellung der
Vorschubgeschwindigkeit des Werkzeugschlittens (7) vorgesehen
ist, und mit einem Vorschubwendegetriebe (30) zur
Bestimmung der Bewegungsrichtung des Werkzeugschlittens
(7), dadurch gekennzeichnet, daß das Vorschubwendegetriebe
als zweistufiges Planetengetriebe ausgebildet ist, das
im Innern der Arbeitswelle angeordnet ist, die das Getriebegehäuse
für das Vorschubwendegetriebe (30) bildet,
und daß das Vorschubwendegetriebe (30) getrennt vom
Vorschubdifferentialgetriebe (20) ausgebildet und diesem
koaxial nachgeordnet ist, wobei die Eingangsdrehzahl des
Vorschubwendegetriebes (30) von der vom Vorschubdifferentialgetriebe
(20) bereitgestellten Betriebsdrehzahl gebildet
ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
das Vorschubdifferentialgetriebe ein einstufiges (20)
oder ein eine Anzahl von Festübersetzungen vorgebendes
(120) Planetengetriebe ist, vermittels dessen sich die
Vorschubgeschwindigkeit des Werkzeugschlittens (7) in den
Grenzen der Festübersetzung einstellen läßt.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß
sich die Vorschubgeschwindigkeit des Werkzeugschlittens (7)
vermittels des Vorschubdifferentialgetriebes (20, 120)
stufenlos einstellen läßt.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch,
gekennzeichnet, daß die Arbeitswelle (2) an einem Steg (26)
bzw. einem Sonnenrad (122, 123) des Vorschubdifferentialgetriebes
(20, 120) angreift, mit dem über wenigstens ein
Planetenrad (24, 124) ein in seiner Umdrehungsgeschwindigkeit
steuerbares Hohlrad (28, 128) gekoppelt ist.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet,
daß das Hohlrad (28, 128) abbremsbar ist.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet,
daß das Hohlrad (28, 128) mit kontinuierlich variabler
Geschwindigkeit bis zum Stillstand abbremsbar ist.
7. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet,
daß zum Abbremsen des Hohlrades (28, 128) eine
Kegelreibbremse dient.
8. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet,
daß das Hohlrad (28, 128) antriebsmäßig mit einem drehzahlgeregelten,
an das Gehäuse ansetzbaren Antriebsaggregat
(132) verbindbar ist, so daß das Vorschubdifferentialgetriebe
(20, 120) als Überlagerungsgetriebe
arbeitet.
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8,
dadurch gekennzeichnet, daß das Vorschubwendegetriebe
(30) durch einen Stelleingriff von Hand und/oder mittels einer manuell
vorwählbaren Umschaltautomatik zwischen einem Vorlauf (V)
und Rücklauf (R) des Werkzeugschlittens (7) sowie einer
Neutralstellung (L) umschaltbar ist.
10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet,
daß ein Schaltwechsel des Vorschubwendegetriebes
(30) mittels eines Momentenschalters erfolgt, der bei einer
Drehmomentüberhöhung über ein vorgegebenes Grenzdrehmoment
wirksam wird.
11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet,
daß die Drehmomentüberhöhung durch ein Auflaufen
des Werkzeugschlittens (7) auf einen verstellbaren Festanschlag
(68) bewirkt wird.
12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 11,
dadurch gekennzeichnet, daß die Umschaltautomatik eine
Wiederholsperre beinhaltet, die nach erfolgtem Vorlauf und/
oder Rücklauf eine weitere Linearbewegung des Werkzeugschlittens
(7) verhindert, bis die Arbeitswelle (2) steht.
13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12,
dadurch gekennzeichnet, daß zur Drehrichtungsänderung
des Abtriebs des Vorschubwendegetriebes (30) der Abtrieb
wahlweise über ein innenverzahntes oder außenverzahntes
Rad erfolgt.
14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet,
daß das Vorschubdifferentialgetriebe (20) ein
Sonnenrad (32) in der ersten Stufe des Vorschubwendegetriebes
(30) treibt, und dieses Sonnenrad (32) mit wenigstens einem
an einem Steg (36) angeordneten Planetenrad (34) kämmt,
das seinerseits auf einem Hohlrad (38) abläuft, und daß
zur Drehrichtungsänderung wahlweise der Steg (36) oder das
Hohlrad (38) an die Arbeitswelle (2) koppelbar ist.
15. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet,
daß der Steg (36) in der ersten Stufe des Vorschubwendegetriebes
(30) mit einem Hohlrad (48) in der zweiten
Stufe, und das Hohlrad (38) in der ersten Stufe mit einem
Sonnenrad (42) in der zweiten Stufe des Vorschubwendegetriebes
(30) drehfest verbunden ist, und daß als Abtriebsglied des
Vorschubwendegetriebes (30) ein Steg (46) in der zweiten
Stufe dient, der wenigstens ein zwischen dem Sonnenrad (42)
und dem Hohlrad (48) der zweiten Stufe laufendes Planetenrad
(44) trägt.
16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 15,
dadurch gekennzeichnet, daß der Steg (36) der ersten
Stufe und das Sonnenrad (42) der zweiten Stufe des Vorschubwendegetriebes
(30) an einander zugewandten Flächen eine
Stirnverzahnung tragen, und daß ein drehfest mit der Arbeitswelle
(2) verbundenes, an einer axial beweglichen Schaltstange
(61) angeordnetes Kupplungsglied (63) wahlweise aus
den Stirnverzahnungen ein- und ausrastbar ist.
17. Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet,
daß die Axialbewegung der Schaltstange (61) durch
einen federbelasteten Kniehebelmechanismus unterstützt ist,
der zwischen den Raststellungen der Schaltstange (61) eine
Strecklage durchläuft.
18. Vorrichtung nach Anspruch 16 oder 17, dadurch
gekennzeichnet, daß der Axialhub der Schaltstange (61) durch
eine manuell verstellbare Kulisse (151) und/oder einen
Anschlag (87) begrenzt ist, der mittels einer zwischen der
Arbeitswelle (2) und dem Vorschubdifferentialgetriebe (20,
120) wirkenden Freilaufkupplung verstellbar ist.
19. Vorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet,
daß die Freilaufkupplung aus einem sich auf dem
Sonnenrad (22) des Vorschubdifferentialgetriebes (20) axial
vorschraubenden Läufer (72) und einer drehbar auf dem Läufer
gelagerten Hülse (73) besteht, die axial verschiebbar und
antriebsmäßig gekoppelt an der Arbeitswelle (2) anliegt.
20. Vorrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet,
daß das Sonnenrad (22) des Vorschubdifferentialgetriebes
(20) ein Links-Rechts-Gewinde trägt.
21. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 18 bis 20,
dadurch gekennzeichnet, daß die axiale Hubbewegung der
Freilaufkupplung über ein Keilgetriebe auf den Anschlag
(87) übertragen wird.
22. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 21,
dadurch gekennzeichnet, daß der Werkzeugschlitten (7)
auf einer Drehspindel (12) läuft, die vom Vorschubwendegetriebe
(30) über ein Kegelradgetriebe angetrieben wird.
23. Vorrichtung nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet,
daß der Werkzeugschlitten (7) mit einer spiel-
und lageeinstellbaren Doppelmutter (13) auf die Drehspindel
(12) aufgezogen ist.
24. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 23,
gekennzeichnet durch zwei synchron und radial in Gegenrichtung
bewegte Werkzeugschlitten (7).
25. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 24,
gekennzeichnet durch einen auswechselbaren, komplett
auf das entsprechende Bearbeitungsproblem voreinstellbaren
Drehkopf (3), der die Rotationsbewegung der Antriebswelle
(10) des stationären, an der jeweiligen Werkzeugmaschine
angebrachten Grundgetriebes in die Längsquerbewegung der
Werkzeugschlitten (7) umsetzt.
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