DE4402949C2 - Werkzeugmaschine mit auswechselbaren Bearbeitungsköpfen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Werkzeugmaschine mit einer Bearbeitungsspindel und damit kuppelbaren, auswechselbaren Bearbeitungsköpfen.

Derartige Werkzeugmaschinen sind bekannt und erlauben es, Werkstücke zusätzlich zur üblichen Bearbeitung mittels in die Bearbeitungsspindel eingesetzter Werkzeuge oder mittels angesetzter, auswechselbarer Bearbeitungsköpfe zu bearbeiten. Diese Bearbeitungsköpfe können aus Winkelfräsköpfen, Universalfräsköpfen oder Planscheiben bestehen.

Bei bekannten Werkzeugmaschinen dieser Art sind die Bearbeitungsköpfe verhältnismäßig kompliziert aufgebaut, da sie sämtliche Einrichtungen zur Bearbeitung eines Werkstücks mittels dieser Bearbeitungsköpfe aufweisen. Dazu gehören Vorschubeinrichtungen sowie Winkelverstellvorrichtungen für die Werkzeuge an den Bearbeitungsköpfen, um sie gegenüber den zu bearbeitenden Werkstücken winkelgerecht einstellen zu können.

In der DE 41 08 038 A1 derselben Anmelderin ist eine Werkzeugmaschine mit einer in einem Träger gelagerten Antriebsspindel, einem auswechselbaren, mit dem Träger kuppelbaren Bearbeitungskopf, einer mit der Antriebsspindel kuppelbaren Werkzeugspindel im Bearbeitungskopf und Verstell- und Verriegelungsmittel am Träger zum Verriegeln des Bearbeitungskopfes am Träger beschrieben. Mittels der Verstell- und Verriegelungsmittel läßt sich der Bearbeitungskopf aus einem Magazin für Bearbeitungsköpfe aufnehmen, mit der Werkzeugmaschine kuppeln und verriegeln, nachdem Entriegeln in eine beliebige Winkelstellung relativ zur Werkzeugmaschine bringen und wieder verriegeln. Die Verriegelungsmittel bestehen bei dieser Werkzeugmaschine aus je einer Plankerbverzahnung an dem Träger der Antriebsspindel und am Bearbeitungskopf, die sich beim Verriegeln des Bearbeitungskopfs mit dem Träger miteinander in Eingriff bringen lassen. Je nach Anzahl der Zähne der Plankerbverzahnung läßt sich der Bearbeitungskopf relativ zum Träger um kleine Winkelschritte verdrehen und positionieren sowie sicher verriegeln.

Diese bekannte Werkzeugmaschine hat sich bewährt, erfordert jedoch an jedem Bearbeitungskopf eine Plankerbverzahnung, die teuer in der Herstellung ist und bei dem bekannten Bearbeitungskopf außen freiliegt und daher gegen Beschädigungen ungeschützt ist. Des weiteren ist zum Halten des Bearbeitungskopfes am Spindelbalken bzw. Spindelstößel ein mittels der Spindel zu verdrehender Bajonettring vorhanden, der eine hochgenaue Bearbeitung erfordert, wenn der Bearbeitungskopf mit einer kontrollierbaren Kraft am Spindelbalken bzw. Spindelstößel gehalten werden soll.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Werkzeugmaschine mit auswechselbaren Bearbeitungsköpfen zu schaffen, die einfach aufgebaut ist, eine schnelle und sichere Verbindung zwischen einem Bearbeitungskopf und der Werkzeugmaschine herzustellen gestattet und den Einsatz vereinfachter Bearbeitungsköpfe ermöglicht.

Ausgehend von dieser Aufgabenstellung wird bei einer Werkzeugmaschine der eingangs erwähnten Art mit einer in einem Spindelbalken bzw. Spindelstößel gelagerten, mit dem Spindelbalken bzw. Spindelstößel verschiebbaren Spindel, einem auswechselbaren, durch den Spindelbalken bzw. Spindelstößel gehaltenen Bearbeitungskopf und einer mit der Spindel kuppelbaren Werkzeugspindel im Bearbeitungskopf vorgeschlagen, daß erfindungsgemäß am Spindelbalken bzw. Spindelstößel ein drehbar und verriegelbar gelagerter Träger für den Bearbeitungskopf mit einer steuerbaren Kupplung zwischen der Spindel und dem Träger, einer steuerbaren Verriegelung zwischen dem Träger und dem Bearbeitungskopf sowie eine steuerbare Verriegelung zwischen dem Träger und dem Spindelbalken bzw. Spindelstößel vorgesehen ist.

Bei der erfindungsgemäßen Werkzeugmaschine braucht der Bearbeitungskopf an seiner Anlagefläche am Träger nur eine Radialnut aufzuweisen, in die ein an der Stirnfläche des Trägers angeordneter Keil eingreift. Die winkelmäßige Positionierung des Bearbeitungskopfs mit Bezug auf den Spindelbalken bzw. Spindelstößel erfolgt durch die steuerbare Verriegelung zwischen dem drehbaren Träger und dem Bearbeitungskopf. Dabei wird das Drehen des Trägers mit dem damit gekuppelten Bearbeitungskopf durch die Spindel bewirkt, indem diese mit dem Träger mittels der steuerbaren Kupplung zeitweise gekuppelt wird. Nach dem Positionieren des Bearbeitungskopfes mit Bezug auf den Spindelbalken bzw. Spindelstößel wird der Träger mit dem Spindelbalken bzw. Spindelstößel verriegelt und die Kupplung zwischen der Spindel und dem Träger wieder gelöst, so daß sich dann die mit der Werkzeugspindel im Bearbeitungskopf gekuppelte Spindel für den Antrieb eines am Bearbeitungskopf angeordneten Werkzeugs einsetzen läßt.

Vorzugsweise können der Spindelbalken bzw. Spindelstößel und der Träger je eine Plankerbverzahnung zur gegenseitigen Verriegelung aufweisen, die völlig geschützt zwischen dem Träger und dem Spindelbalken bzw. Spindelstößel angeordnet sind und daher von außen nicht beschädigt werden können.

Wenn die Plankerbverzahnung des Trägers konzentrisch zur Plankerbverzahnung des Spindelbalkens bzw. Spindelstößels angeordnet ist und die gegenseitige Verriegelung mittels eines gesteuert axial verschiebbaren, beide Plankerbverzahnungen übergreifenden Ringes mit entsprechender Gegenplankerbverzahnung erfolgt, läßt sich dieser Ring mit der Gegenplankerbverzahnung als mit Druckmedium beaufschlagbarer Ringkolben ausbilden, wobei die der Plankerbverzahnung abgewandte Ringkolbenseite zum Verriegeln mit Druckmedium beaufschlagbar und die die Plankerbverzahnung aufweisende Ringkolbenseite zum Entriegeln mit Druckmedium beaufschlagbar sein können und zu diesem Zweck Dichtungen wenigstens zwischen den konzentrischen, die Plankerbverzahnungen tragenden Bereichen des Trägers und des Spindelbalkens bzw. Spindelstößels angeordnet sind.

Der Ringkolben kann abgedichtet in einer Ringnut im Bereich zwischen einer zylindrischen Außenfläche des Trägers, der in einer entsprechenden Bohrung eines Führungsteils des Spindelbalkens bzw. Spindelstößels drehbar und axial unverschiebbar geführt ist, angeordnet sein, wodurch sich eine einfache Montage und Abdichtung ergibt.

Um den im Träger angeordneten Kupplungen und Verriegelungen sowie dem Bearbeitungskopf Druckmedium und Kühlmittel zuführen zu können, kann die Spindel in einer konzentrischen, in einer Bohrung angeordneten, mit dem Spindelbalken bzw. Spindelstößel fest verbundenen Lagerhülse gelagert sein und zwischen der Bohrung im Spindelbalken bzw. Spindelstößel und dem Außenumfang der Lagerhülse ein Ringraum vorhanden sein, in dem eine mit dem Träger drehfest verbundene, Drehdurchführungen für Druckmedium und/oder Kühlmittel aufweisende Buchse abgedichtet gelagert ist.

Im Hinblick darauf, daß die drehbare Buchse und der drehbare Träger im Spindelbalken bzw. Spindelstößel bzw. dem Führungsteil des Spindelbalkens bzw. Spindelstößels mit einem gewissen Bewegungsspiel angeordnet sein müssen, das nach dem Verriegeln eines Bearbeitungskopfes am Träger die Führung der Spindel beeinträchtigt, ist es vorteilhaft, wenn zwischen der Lagerhülse und dem Träger und/oder zwischen dem Spindelbalken bzw. Spindelstößel und dem Träger mit Druckmittel beaufschlagbare Zentrier- und Verriegelungselemente angeordnet sind.

Wenn die steuerbare Verriegelung zwischen dem Träger und dem Bearbeitungskopf aus mindestens zwei diametral gegenüber liegenden, im Träger angeordneten, mit Druckmedium beaufschlagbaren Radialkolben und mit den Radialkolben bewegbaren, einen Bund am Bearbeitungskopf hintergreifenden Keilnasen besteht, läßt sich diese steuerbare Verriegelung auch für die Zentrier- und Verriegelungselemente zwischen dem Spindelbalken bzw. Spindelstößel und dem Träger verwenden, indem in den radialen Zylinderbohrungen der Radialkolben abgedichtet geführte und sich bei Beaufschlagung mit Druckmedium an der Bohrung im Führungsteil des Spindelbalkens bzw. Spindelstößels für den Träger abstützende, unabhängig voneinander beaufschlagbare Kolben angeordnet werden.

Vorzugsweise können mindestens vier, vorzugsweise acht Radialkolben gleichmäßig auf dem Umfang des Trägers verteilt angeordnet sein, können die Zylinderbohrungen für die Radialkolben zur Bohrung im Führungsteil des Spindelbalkens bzw. Spindelstößels für den Träger hin mittels abgedichtet in den Zylinderbohrungen verschiebbar geführten, sich an der Bohrung des Spindelbalkens bzw. Spindelstößels abstützenden Kappen verschlossen sein, die die Zentrier- und Verriegelungselemente bilden und benachbarter Radial- und Verriegelungselemente und können benachbarte Radialkolben und Kappen unabhängig voneinander mit Druckmedium beaufschlagbar sein. Hierbei können von den acht Radialkolben jeweils benachbarte Radialkolbenpaare unabhängig voneinander mit Druckmedium beaufschlagbar sein, indem für jedes Radialkolbenpaar eine eigene Druckmediumquelle vorgesehen wird, so daß durch die Abstützung der Kappen eine sichere, spielfreie Zentrierung und Verriegelung des Trägers im Führungsteil erreicht wird.

Um ebenso eine sichere Zentrierung und Verriegelung zwischen der Lagerhülse und dem Träger zu erreichen, kann ein zylindrischer Bereich vorgesehen sein, der sich bei Beaufschlagung mit Druckmedium elastisch aufweitet und dadurch wenigstens an einer Zentrier- und Verriegelungsfläche am Träger und/oder der Lagerhülse anlegt, wobei dieser zylindrischer Bereich bevorzugterweise aus einem eine mit Druckmittel beaufschlagbare Ringnut in einer Zylinderfläche an der Lagerhülse abgedichtet übergreifenden, elastisch aufweitbaren Flachbandring bestehen kann und dieser sich im aufgeweiteten Zustand an koaxiale, fluchtende, zylindrische Zentrier- und Verriegelungsflächen an der Lagerhülse und am Träger, die Flächen übergreifend, anlegt. Dadurch können sich die zylindrischen Zentrier- und Verriegelungsflächen an der Lagerhülse und am Träger nicht gegenseitig radial verschieben, so daß das im unverriegelten Zustand vorhandene Radialspiel zwischen der Lagerhülse und dem Träger aufgehoben ist und sich die Systemsteifigkeit vergrößert, was insbesondere für die Lagerung vorteilhaft ist.

Die Kupplung zwischen der Spindel und dem Träger läßt sich auf einfache Weise mittels eines im Träger angeordneten, mit Druckmedium beaufschlagbaren Radialkolbens und einem mit dem Radialkolben bewegbaren, in eine Nut in der Spindel einführbaren Keil bewerkstelligen.

Zur Vereinfachung der Herstellung und Montage kann ein Ring mit einer zum Bearbeitungskopf gerichteten Plankerbverzahnung mit seinem Bereich ohne Plankerbverzahnung zwischen der Buchse und dem Träger abgedichtet verschraubt sein und auf dem Umfang verteilte Axialbohrungen für Druckmedium und/oder Kühlmittel aufweisen.

Entsprechend kann ein weiterer Ring mit einer zum Bearbeitungskopf gerichteten Plankerbverzahnung mit seinem Bereich ohne Plankerbverzahnung zwischen dem Spindelbalken bzw. Spindelstößel und dem Führungsteil für den Träger abgedichtet verschraubt sein.

Die mit dem Träger drehbare Buchse kann äußere, durch Bewegungsdichtungen gegeneinander und zur Lagerhülse hin abgedichtete Ringnuten aufweisen, die mit Axialbohrungen in der Buchse sowie durch fluchtende Axialbohrungen im Ring mit der Plankerbverzahnung und des weiteren mit Druckmedium- und/oder Kühlmittelkanälen in der Lagerhülse in Verbindung stehen, wobei im Spindelbalken bzw. Spindelstößel im Bereich der Ringnuten mündende Radialbohrungen angeordnet sein können, durch die Druckmedium und/oder Kühlmittel zu- bzw. abgeleitet wird.

Die Erfindung wird nachstehend anhand zweier in der Zeichnung dargestellter Ausführungsbeispiele des näheren erläutert. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 eine Teilansicht einer Werkzeugmaschine mit einem auswechselbaren Bearbeitungskopf,

Fig. 2 eine Schnittdarstellung eines Spindelbalkens bzw. Spindelstößels und

Fig. 3 eine teilweise Schnittansicht eines Spindelbalkens bzw. Spindelstößels gemäß einer anderen Ausführungsform.

Bei der in Fig. 1 gezeigten Portal-Senkrecht-Fräsmaschine handelt es sich um eine Zwei-Ständer-Maschine, zwischen deren Ständern 1, von denen einer gezeigt ist, eine Aufspannplatte bzw. ein Untersatz 2 mit einer Planscheibe 3 für eine Werkstückaufnahme angeordnet ist. Die beiden Ständer 1 sind am oberen Ende durch ein Querhaupt 4 miteinander fest verbunden. An den Ständern 1 ist senkrecht verfahrbar ein Querbalken 5 angeordnet, auf dem waagerecht verfahrbar ein Support 6 angeordnet ist, der seinerseits eine Führung 7 für einen Spindelbalken bzw. Spindelstößel 8 aufweist, die als hydrostatische Führung ausgebildet ist. Oberhalb der Führung 7 ist ein Gehäuse 14 angeordnet, das das nach oben herausragende, freie Ende des Spindelbalkens bzw. Spindelstößels 8 abdeckt. Am unteren Ende des Spindelbalkens bzw. Spindelstößels 8 ist ein Bearbeitungskopf 10 befestigt. Die Führungsbahnen des Querbalkens 5 sind mittels Abdeckungen 11, 12 abgedeckt, die jeweils als in der Länge ausziehbare und zusammenschiebbare Teleskopabdeckungen bzw. Faltenbälge ausgebildet sind. Entsprechende Abdeckungen können auch an den Führungsbahnen der Ständer 1 angeordnet sein. Dem Antrieb für die Verschiebung des Supports 6 dient ein Servomotor 13, der an dem einen Ende des Querbalkens 5 angeordnet ist.

Der Spindelbalken bzw. Spindelstößel 8 kann bei der dargestellten Portal-Senkrecht-Fräsmaschine z. B. eine Länge von 6000 mm mit einem quadratischen Querschnitt von 650 × 650 mm aufweisen. Für einen solchen Spindelbalken bzw. Spindelstößel 8 ist eine Führungslänge im Support 6 von 2500 mm erforderlich, so daß sich ein senkrechter Verfahrweg des Spindelbalkens bzw. Spindelstößels 8 von etwa 3500 mm ergibt.

Eine schwere Fräsmaschine mit waagerechter Anordnung des Spindelbalkens bzw. Spindelstößels kann in nicht dargestellter Weise einen Ständer aufweisen, der auf einem Ständerbett links einer Werkstückaufspannplatte verfahrbar ist. An diesem Ständer ist senkrecht verfahrbar ein Support angeordnet, der mit einer waagerechten Führung für den Spindelbalken bzw. Spindelstößel versehen ist, wobei sich dieser waagerechte Spindelbalken bzw. Spindelstößel in gleicher Weise mit einem auswechselbaren Bearbeitungskopf kuppeln läßt.

In dem quadratischen Spindelbalken bzw. Spindelstößel 8 ist eine Lagerhülse 15 für eine Spindel 9 mittels eines Flansches 16 und Befestigungsschrauben 17 verschraubt. Die Spindel 9 ist mittels Wälzlagern 27 in der Lagerhülse 15 gelagert. Der in dem Spindelbalken bzw. Spindelstößel 8 koaxial zur Spindel 9 angeordnete Antrieb ist nicht dargestellt. Die Lagerhülse 15 weist Ringnuten 18 auf, die im hinteren Bereich abgedichtet in einer entsprechenden Bohrung des Spindelbalkens bzw. Spindelstößels liegen, während sie im vorderen Bereich der Lagerhülse 15 durch eine Buchse 44 abgeschlossen werden.

Die Ringnuten 18 sind in nicht dargestellter Weise durch Axialnuten, die jeweils um 180° versetzt gegenüberliegen, untereinander verbunden, so daß sich durch eine Radialbohrung 19 im Spindelbalken bzw. Spindelstößel 8 ein Kühlmittel zuführen und durch eine Radialbohrung 20 wieder abführen läßt. Am Vorderende des Spindelbalkens bzw. Spindelstößels 8 ist ein Führungsteil 21 befestigt, in dessen zylindrischer Bohrung 22 ein zylindrischer Träger 37 für einen auswechselbaren Bearbeitungskopf axial unverschiebbar, drehbar und verriegelbar angeordnet ist. Zwischen dem Spindelbalken bzw. Spindelstößel 8 und dem Führungsteil 21 ist ein Ring 23 mit einem Bereich 26 verschraubt und gegenüber dem Führungsteil 21 mittels einer O-Ringdichtung 25 abgedichtet. Dieser Ring 23 weist eine zum Träger 37 hin gerichtete Plankerbverzahnung 24 auf. An der Lagerhülse 15 ist ein Labyrinthdichtungsring 28 befestigt, der mit einem entsprechenden Labyrinthdichtungsring 29 an der Spindel 9 abdichtend zusammenwirkt. An dem Labyrinthdichtungsring 28 ist ein Ring 30 abgedichtet befestigt, der einen inneren Ringraum 32 aufweist, der nach außen durch eine verhältnismäßig dünne Außenwand 31 begrenzt ist. Diese Außenwand 31 liegt mit geringem Spiel konzentrisch zu einer zylindrischen Zentrier- und Verriegelungsfläche 85 am Träger 37. Der Ringraum 32 läßt sich über eine Radialbohrung 33, eine Axialbohrung 34 und eine weitere Radialbohrung 35 im Labyrinthdichtungsring 28 sowie eine Axialbohrung 36 in der Lagerhülse 15 mit Druckmittel beaufschlagen. Hierdurch wird die dünne Außenwand 31 des Ringes 30 so aufgeweitet, daß sie sich an die zylindrische Zentrier- und Verriegelungsfläche 85 des Trägers 37 anlegt und eine spielfreie, sichere Verbindung zwischen der Lagerhülse 15 und dem Träger 37 herstellt.

Konzentrisch zum Ring 23 ist ein weiterer Ring 38 mit einer Plankerbverzahnung 39 angeordnet, der mit seinem Bereich 42 ohne Plankerbverzahnung zwischen der Buchse 44 und dem Träger 37 verschraubt ist. Die Plankerbverzahnung 39 am Ring 38 liegt mit der Plankerbverzahnung 24 am Ring 23 in einer Ebene. Der Ring 38 ist gegenüber dem Träger 37 mittels einer O-Ringdichtung 40 abgedichtet, während zwischen den Zylinderflächen der Ringe 23, 38 eine Bewegungsdichtung 41 angeordnet ist.

Die mit dem Träger 37 drehfest verbundene Buchse 44 weist eine größere Anzahl von axial versetzten Ringnuten 47 und dazwischen angeordneten Bewegungsdichtungen 46 auf. Des weiteren ist die Buchse 44 zur Lagerhülse 15 hin mittels entsprechender Bewegungsdichtungen 46 abgedichtet. Zu den Ringnuten 47 in der Buchse 44 führen Radialbohrungen 49 im Spindelbalken bzw. Spindelstößel 8 und von dort Axialbohrungen 50 über Axialbohrungen 43 im Ring 38 zum Träger 37. Auf diese Weise lassen sich Druckmedium und/oder Kühlmittel in den Träger 37 zum Betätigen verschiedener Kupplungs- und Verriegelungselemente sowie zum auswechselbaren Bearbeitungskopf führen.

In einem Ringraum zwischen dem Führungsteil 41 und dem Träger 37 ist ein Ringkolben 51 angeordnet, der mittels Dichtungen 52 zum Führungsteil 21 und zum Träger 37 hin abgedichtet ist. Der Ringkolben 51 weist eine Plankerbverzahnung auf, die mit den Plankerbverzahnungen 24, 39 an den Ringen 23, 38, diese übergreifend in Eingriff bringbar ist, indem ein Ringraum 53 mit Druckmittel beaufschlagt wird. Um den Eingriff der Plankerbverzahnung am Ringkolben 51 außer Eingriff mit den Plankerbverzahnungen 24, 39 zu bringen, läßt sich ein Ringraum 54 im Bereich dieser Plankerbverzahnungen 24, 39 mit Druckmittel beaufschlagen. Der Ringkolben kann auch in einer Ringnut zwischen der Buchse 44 und dem Spindelbalken bzw. Spindelstößel 8 angeordnet sein, so daß seine Plankerbverzahnung zum Träger 37 hin gerichtet ist. Entsprechend sind dann die Plankerbverzahnungen 24, 39 zum Spindelbalken bzw. Spindelstößel 8 hin gerichtet.

Von einem am Spindelbalken bzw. Spindelstößel 8 zu befestigenden Bearbeitungskopf ist in Fig. 2 nur ein am Träger 37 anliegender Flansch 64 dargestellt, der eine Radialnut 88 aufweist, in die ein in einer Radialnut 87 im Träger 37 angeordneter Keil 89 eingreift, um den Bearbeitungskopf winkelmäßig gegenüber dem Träger 37 zu fixieren. Der Flansch 64 weist einen Hohlkegelschaft 65 auf, der in einem Hund 66 mit einer Schrägfläche 67 endet.

Zum Verriegeln des Bearbeitungskopfes mit dem Spindelbalken bzw. Spindelstößel 8 sind im Träger 37 mindestens zwei diametral gegenüberliegende druckmittelbeaufschlagbare Kolben 55 in Zylinderbohrungen 58 angeordnet. Vorzugsweise sind insgesamt acht Kolben 55 regelmäßig verteilt im Träger 37 angeordnet.

Diese Kolben 55 sind abgesetzt und gegenüber dem Träger 37 mittels Dichtungen 56, 57 abgedichtet. Zur Abdichtung der Zylinderbohrung 58 zum Führungsteil 21 hin sind Deckel 59 vorgesehen, die mittels Sprengringen 61 in der Zylinderbohrung 58 gehalten sind. Zwischen jedem Kolben 55 und Deckel 59 ist eine Druckfeder 60 angeordnet. Zum Hohlkegelschaft 65 hin endet jeder Kolben 55 in einer Keilnase 63, die bei Beaufschlagung der Zylinderbohrung 58 mit Druckmedium den Hund 66 hintergreift, sich entlang der Schrägfläche 67 verschiebt, bis der Flansch 64 des Bearbeitungskopfes satt an dem Führungsteil 21 und dem Träger 37 anliegt. Zum Lösen der Verriegelung des Bearbeitungskopfes werden Ringräume 62 mit Druckmittel beaufschlagt, während die Zylinderbohrungen 58 von Druckmittel entlastet werden, so daß sich die Kolben 55 entgegen der Wirkung der Druckfeder 60 gegen die Deckel 59 bewegen und den Bund 66 freigeben.

Zum winkelmäßigen Positionieren des Trägers 37 mit einem angesetzten Bearbeitungskopf mit Bezug auf den Spindelbalken bzw. Spindelstößels 8 wird die Spindel 9 zeitweilig mit dem Träger 37 zeitweilig gesteuert gekuppelt. Zu diesem Zweck ist im Träger 37 wenigstens ein Kolben 68 in einer Zylinderbohrung 69 angeordnet. Ein in eine Axialnut 73 in der Spindel 9 eingreifender Flachkeil 72 ist über eine Kolbenstange 71 bewegungsmäßig mit dem Kolben 68 gekuppelt, so daß bei Beaufschlagung der Zylinderbohrung 69 mit Druckmitteln eine formschlüssige, drehfeste Kupplung zwischen der Spindel 9 und dem Träger 37 bewirkt wird. Diese Kupplung wird gelöst, indem ein Ringraum 70 mit Druckmittel beaufschlagt und die Zylinderbohrung 69 von Druckmittel entlastet wird.

Soll ein Bearbeitungskopf in einer bestimmten Winkellage an dem Spindelbalken bzw. Spindelstößel 8 verriegelt werden, wird mittels eines nicht dargestellten Wechslers der Hohlkegelschaft 65 in die dafür vorgesehene Bohrung im Träger 37 eingeführt, bis der Flansch 64 am Träger 37 anliegt. Dann wird Druckmittel über eine der Axialbohrungen 48 und Radialbohrungen 49 im Spindelbalken bzw. Spindelstößel 8, einer Ringnut 47 in der Buchse 44 zugeführt, gelangt von dort über Radial- und Axialbohrungen 50, 43 in den Träger 37 und wird von dort in die Zylinderbohrungen 58 der Kolben 55 geleitet. Dadurch legen sich die Keilnasen 63 hinter die Schrägfläche 67 des Bundes 66 und verriegeln den Bearbeitungskopf 10 mit dem Träger 37. Hierbei ist vorausgesetzt, daß der Bearbeitungskopf 10 so an den Träger 37 herangeführt wird, daß sich die Radialnuten 87, 88 im Träger 37 und im Flansch 64 des Bearbeitungskopfes decken und der Keil 89 in die Radialnut 88 am Flansch 64 eingreift. Gleichzeitig wird die Spindel 9 mit einer nicht dargestellten Werkzeugspindel im Bearbeitungskopf drehfest gekuppelt.

Um den Bearbeitungskopf in eine gewünschte Winkelstellung bezüglich des Spindelbalkens bzw. Spindelstößels 8 zu bringen, wird die Zylinderbohrung 69 mit Druckmittel beaufschlagt, so daß der Keil 72 in die Keilnut 73 in der Spindel 9 eingreift. Des weiteren wird der Ringraum 54 des Ringkolben 51 mit Druckmittel beaufschlagt, so daß die Plankerbverzahnungen 24, 39 freigegeben werden. Nunmehr läßt sich der Träger 37 mit dem Bearbeitungskopf mittels der Spindel 9 in die gewünschte Winkelstellung bringen, woraufhin der Ringraum 53 des Ringkolbens 51 mit Druckmittel beaufschlagt und der Ringraum 54 von Druckmittel entlastet wird, was die erneute Verriegelung der Plankerbverzahnungen 24, 39 durch die beide Plankerbverzahnungen 24, 39 übergreifende Plankerbverzahnung am Ringkolben 51 bewirkt. Der Ringraum 70 des Kolbens 68 wird nunmehr mit Druckmittel beaufschlagt, während die Zylinderbohrung 69 von Druckmittel entlastet wird, wodurch der Keil 72 außer Eingriff mit der Keilnut 73 gelangt.

Gleichzeitig wird der Ringraum 32 mit Druckmittel beaufschlagt, so daß sich die dünne Außenwand 31 des Ringes 30 gegen die Zentrier- und Verriegelungsfläche 85 des Trägers 37 legt und diesen radial gegenüber der Lagerhülse 15 verriegelt.

Nunmehr kann ein Werkstück mittels eines am Bearbeitungskopf angebrachten Werkzeugs bearbeitet werden, wobei die Befestigung des Bearbeitungskopfes am Spindelbalken bzw. Spindelstößel 8 erhöhten Anforderungen an die Steifigkeit genügt.

Das Druckmittel für die Verriegelung des Bearbeitungskopfes mit dem Träger 37, die Verriegelung der Spindel 9 mit dem Träger 37, die Verriegelung der Lagerhülse 15 mit dem Träger 37, die Verriegelung des Spindelbalkens bzw. Spindelstößels 8 mit dem Träger 37 mittels der Plankerbverzahnungen 24, 39 und für die Entriegelung wird über die Drehdurchführungen an der Buchse 44 zum Träger 37 geführt. Ebenso wird Kühlmittel der Lagerhülse 15 und dem Bearbeitungskopf über den Träger 37 zugeführt, wobei diese Drehdurchführungen an der Buchse 44 nur geringem Verschleiß unterworfen sind, da sich die Buchse 44 in der ringförmigen Ausnehmung 45 nur kurzfristig zum Positionieren des Bearbeitungskopfes dreht.

Die Ausführungsform gemäß Fig. 3 unterscheidet sich von der gemäß Fig. 2 in der Gestaltung der Zentrier- und Verriegelungselemente zwischen der Lagerhülse 15 und dem Träger 37 einerseits sowie zwischen dem Träger 37 und dem Führungsteil 21 andererseits. Das Zentrier- und Verriegelungselement zwischen der Lagerhülse 15 und dem Träger 37 besteht aus einem Flachbandring 84, der eine Zylinderfläche am Labyrinthdichtungsring 28 umgreift und eine darin angeordnete Ringnut 82 übergreift, die nach außen durch die Dichtungen 83 abgedichtet ist. Am Labyrinthdichtungsring 21 ist eine zylindrische Zentrier- und Verriegelungsfläche 86 angeordnet, während dazu koaxial und fluchtend eine entsprechende zylindrische Zentrier- und Verriegelungsfläche 85 am Träger 87 angeordnet ist. Wird die Ringnut 82 mit Druckmittel beaufschlagt, weitet sich der Flachbandring 84 auf und legt sich an die Zentrier- und Verriegelungsfläche 85, 86 an. Auf diese Weise wird eine genaue und spielfreie Zentrierung des Trägers 37 gegenüber der Lagerhülse 15 bewirkt.

Die Zentrier- und Verriegelungselemente zwischen dem Träger 37 und dem Führungsteil 21 bilden einen Teil der Verriegelung für den Hohlkegelschaft 65 am Flansch 64 des Bearbeitungskopfes.

Die Kolben 55 sind gegenüber der Zylinderbohrung 58 im Träger 37, wie bereits beschrieben, mittels Dichtungen 56, 57 abgedichtet geführt. In eine Längsnut 74 des Kolbens 55 greift ein Radialstift 75 ein, der als Verdrehsicherung für den Kolben 55 dient. Ein Deckel 76 ist gegenüber der Zylinderbohrung 58 mittels einer Dichtung 77 abgedichtet und durch den Sprengring 61 gehalten. Zwischen dem Deckel 76 und dem Kolben 55 ist die Druckfeder 60 angeordnet. Ein in Bohrungen des Kolbens 55 und des Deckels 76 angeordneter Stift 81 dient als Verdrehsicherung zwischen dem Kolben 55 und dem Deckel 76. Koaxial zum Kolben 55 und zum Deckel 76 ist eine Kappe 78 angeordnet, die gegenüber dem Deckel 76 mittels einer Dichtung 79 abgedichtet ist und mittels eines Stifts 80 gegen Verdrehen gesichert ist. Wird die Zylinderbohrung 58 mit Druckmittel beaufschlagt, wirkt dieses Druckmittel auch auf die Kappe 78, die sich an der zylindrischen Bohrung 22 im Führungsteil 21 abstützt. Wenn die Zylinderräume 58 unabhängig voneinander mit Druckmittel beaufschlagt werden, wird dadurch eine Aufhebung des Spiels zwischen dem Träger 37 und dem Führungsteil 21 bewirkt, so daß die Lagerhülse 15 über den Flachbandring 82 mit dem Träger 37 und der Träger 37 über die Kappen 78 mit dem Führungsteil 21 spielfrei verriegelt sind, so daß die Spindel 9 trotz der Anordnung der drehbaren Buchse 44 zwischen der Lagerhülse 15 und dem Spindelbalken bzw. Spindelstößel 8 für die Bearbeitung eines Werkstücks einwandfrei und spielfrei zentriert ist.

Vorzugsweise sind, wie bereits erwähnt, acht Kolben 55 gleichmäßig verteilt im Träger 37 angeordnet, so daß es genügt, jeweils zwei nebeneinander liegende Kolben 55 paarweise gemeinsam, jedoch unabhängig von dem benachbarten Kolbenpaar mit Druckmedium zu beaufschlagen, um eine einwandfreie Zentrierung und Verriegelung zwischen dem Träger 37 und dem Führungsteil 21 und damit mit dem Spindelbalken bzw. Spindelstößel 8 zu erreichen.

Mindestens zwei diametral gegenüberliegende Kolben 55 sind erforderlich, um einen Bearbeitungskopf 10 am Träger 37 zu halten und um das beschriebene Zentrieren durch Abstützung der Rappe 78 am Führungsteil 21 zu erreichen.

Der Ring 23 mit der Plankerbverzahnung 24 kann einstückig mit dem Spindelbalken bzw. Spindelstößel 8 oder dem Führungsteil 21 hergestellt sein, während der Ring 38 mit der Plankerbverzahnung 39 einstückig mit der Buchse 44 oder dem Träger 37 hergestellt sein kann.

Desgleichen können die Plankerbverzahnungen 24, 39 statt zum Führungsteil 21 bzw. Träger 37 hin gerichtet zu sein, umgekehrt angeordnet sein, so daß der Ringkolben 51 dann in einem Ringraum zwischen der Buchse 44 und dem Spindelbalken bzw. Spindelstößel 8 anzuordnen wäre. Ggf. läßt sich auf die Verriegelung des Trägers 37 mit dem Spindelbalken bzw. Spindelstößel 8 mittels der Plankerbverzahnung 24, 39 ganz verzichten, wenn die Verriegelung zwischen der Lagerhülse 15 und dem Träger 37 mittels des Flachbandringes 84 und die Verriegelung zwischen dem Träger 37 und dem Führungsteil 21 mittels der Kappen 78 aufgrund der Reibung ausreicht. In diesen Fall läßt sich ein stufenloses Einstellen des Bearbeitungskopfes mit Bezug auf den Spindelbalken bzw. Spindelstößel 8 erreichen, während bei Vorhandensein der Plankerbverzahnungen 24, 39 nur ein stufenweises Einstellen entsprechend der Anzahl der Zähne möglich ist.

Claims (18)

1. Werkzeugmaschine mit

• 1. einer in einem Spindelbalken bzw. Spindelstößel (8) gelagerten, mit dem Spindelbalken bzw. Spindelstößel (8) verschiebbaren Spindel (9),
• 2. einem auswechselbaren, durch den Spindelbalken bzw. Spindelstößel (8) gehaltenen Bearbeitungskopf (10; 64, 65, 66),
• 3. einer mit der Spindel (9) kuppelbaren Werkzeugspindel im Bearbeitungskopf (10),
• 4. einem drehbar und verriegelbar am Spindelbalken bzw. Spindelstößel (8) gelagerten Träger (37) für den Bearbeitungskopf (10, 64, 65, 66),
• 5. einer steuerbaren Kupplung (68, 71, 72, 73) zwischen der Spindel (9) und dem Träger (37) und
• 6. einer steuerbaren Verriegelung (51, 24, 39; 76, 78, 21) zwischen dem Träger (37) und dem Spindelbalken bzw. Spindelstößel (8) und einer steuerbaren Verriegelung (55, 63, 67) zwischen dem Träger (37) und dem Bearbeitungskopf (10; 64, 65, 66).

2. Werkzeugmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Spindelbalken bzw. Spindelstößel (8) und der Träger (37) je eine Plankerbverzahnung (24, 39) zur gegenseitigen Verriegelung aufweisen.

3. Werkzeugmaschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Plankerbverzahnung (39) des Trägers (37) konzentrisch zur Plankerbverzahnung (24) des Spindelbalkens bzw. Spindelstößels (8) angeordnet ist und die gegenseitige Verriegelung mittels eines gesteuert axial verschiebbaren, beide Plankerbverzahnungen (24, 39) übergreifenden Ringes (51) mit entsprechender Gegenplankerbverzahnung erfolgt.

4. Werkzeugmaschine nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Ring mit der Gegenplankerbverzahnung als mit Druckmedium beaufschlagbarer Ringkolben (51) ausgebildet ist.

5. Werkzeugmaschine nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Träger (37) mit einer zylindrischen Außenfläche in einer entsprechenden Bohrung eines Führungsteils (21) des Spindelbalkens bzw. Spindelstößels (8) drehbar und axial unverschiebbar geführt ist und der Ringkolben (51) abgedichtet in einer Ringnut im Bereich zwischen der zylindrischen Außenfläche des Trägers (37) und der Bohrung des Spindelbalkens bzw. Spindelstößels (8) angeordnet ist.

6. Werkzeugmaschine nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die der Plankerbverzahnung (24, 39) abgewandte Ringkolbenseite zum Verriegeln mit Druckmedium beaufschlagbar ist und die die Plankerbverzahnung aufweisende Ringkolbenseite zum Entriegeln mit Druckmedium beaufschlagbar ist und zu diesem Zweck Dichtungen (41) wenigstens zwischen den konzentrischen, die Plankerbverzahnungen tragenden Bereichen des Trägers (37) und des Spindelbalkens bzw. Spindelstößels (8) angeordnet sind.

7. Werkzeugmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Spindel (9) in einer konzentrischen, in einer Bohrung angeordneten mit den Spindelbalken bzw. Spindelstößel (8) fest verbundenen Lagerhülse (15) gelagert ist, zwischen der Bohrung im Spindelbalken bzw. Spindelstößel (8) und dem Außenumfang der Lagerhülse (15) ein Ringraum (45) vorhanden ist und in diesem Ringraum (45) eine mit dem Träger (37) drehfest verbundene, Drehdurchführungen (47) für Druckmedium und/oder Kühlmittel aufweisende Buchse (44) abgedichtet gelagert ist.

8. Werkzeugmaschine nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Lagerhülse (15) und dem Träger (37) und/oder zwischen dem Spindelbalken bzw. Spindelstößel (8) und dem Träger (37) mit Druckmittel beaufschlagbare Zentrier- und Verriegelungselemente (30, 31; 84; 78) angeordnet sind.

9. Werkzeugmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die steuerbare Verriegelung zwischen dem Träger (37) und dem Bearbeitungskopf (10) aus mindestens zwei diametral gegenüberliegenden, im Träger (37) angeordneten, mit Druckmedium beaufschlagbaren Radialkolben (55) und mit den Radialkolben (55) bewegbaren, einen Bund (66) am Bearbeitungskopf (10) hintergreifenden Keilnasen (63) besteht.

10. Werkzeugmaschine nach Anspruch 8 und 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Zentrier- und Verriegelungselemente zwischen dem Spindelbalken bzw. Spindelstößel (8) und dem Träger (37) aus in mindestens zwei diametral gegenüberliegenden, radialen Zylinderbohrungen (58) im Träger (37) angeordneten, darin abgedichtet geführten und sich bei Beaufschlagung mit Druckmedium an der Bohrung (22) im Führungsteil (21) des Spindelbalkens bzw. Spindelstößels (8) für den Träger (37) abstützenden, unabhängig voneinander mit Druckmittel beaufschlagbaren Kappen (78) bestehen.

11. Werkzeugmaschine nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens vier Radialkolben (55) gleichmäßig auf dem Umfang des Trägers (37) verteilt angeordnet sind, die Zylinderbohrungen (58) für die Radialkolben (55) zur Bohrung (22) im Führungsteil (21) des Spindelbalkens bzw. Spindelstößels (8) für den Träger (37) hin mittels abgedichtet in den Zylinderbohrungen (58) verschiebbar geführten, sich an der Bohrung (22) des Spindelbalkens bzw. Spindelstößels (8) abstützenden Kappen (78) verschlossen sind, die die Zentrier- und Verriegelungselemente bilden und benachbarte Radialkolben (55) und Kappen (78) unabhängig voneinander mit Druckmedium beaufschlagbar sind.

12. Werkzeugmaschine nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß acht Radialkolben (55) vorhanden sind und von den acht Radialkolben (55) jeweils benachbarte Radialkolbenpaare unabhängig voneinander mit Druckmedium beaufschlagbar sind.

13. Werkzeugmaschine nach einem der Ansprüche 8 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Zentrier- und Verriegelungselemente zwischen der Lagerhülse (15) und dem Träger (37) aus einem an der Lagerhülse (15) oder dem Träger (37) angeordneten, bei Beaufschlagung mit Druckmedium elastisch aufweitbaren und sich dadurch wenigstens an einer Zentrier- und Verriegelungsfläche (85, 86) am Träger (37) und/oder der Lagerhülse (15) anlegenden zylindrischen Bereich (30, 31) bestehen.

14. Werkzeugmaschine nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß der zylindrische Bereich aus einem eine mit Druckmittel beaufschlagbare Ringnut (82) in einer Zylinderfläche an der Lagerhülse (15) abgedichtet übergreifenden, elastisch aufweitbaren Flachbandring (84) besteht und dieser sich im aufgeweiteten Zustand an koaxiale, fluchtende, zylindrische Zentrier- und Verriegelungsflächen (85, 86) an der Lagerhülse (15) und am Träger (37), die Flächen (85, 86) übergreifend, anlegt.

15. Werkzeugmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die steuerbare Kupplung zwischen der Spindel (8) und dem Träger (37) aus wenigstens einem im Träger (37) angeordneten, mit Druckmedium beaufschlagbaren Radialkolben (68) und einem mit dem Radialkolben (68) bewegbaren, in eine Nut (73) in der Spindel (9) einführbaren Keil (72) besteht.

16. Werkzeugmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß ein Ring (38) mit einer zum Bearbeitungskopf gerichteten Plankerbverzahnung (39) mit seinem Bereich (42) ohne Plankerbverzahnung zwischen der Buchse (44) und den Träger (37) abgedichtet verschraubt ist und auf dem Umfang verteilte Axialbohrungen (38) für Druckmedium und/oder Kühlmittel aufweist.

17. Werkzeugmaschine nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Buchse (44) äußere, durch Bewegungsdichtungen (46) gegeneinander abgedichtete Ringnuten (47) aufweist, die mit Axialbohrungen (50) in der Buchse (44) sowie durch fluchtende Axialbohrungen (43) im Ring (38) mit der Plankerbverzahnung (39) und des weiteren mit Druckmedium und/oder Kühlmittelkanälen (18, 19, 20) in der Lagerhülse (15) in Verbindung stehen und daß im Spindelbalken bzw. Spindelstößel (8) im Bereich der Ringnuten (47) mündende Radialbohrungen (19, 49) angeordnet sind, durch die Druckmedium und/oder Kühlmittel zu- bzw. abgeleitet wird.

18. Werkzeugmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß ein Ring (23) mit einer zum Bearbeitungskopf (10) gerichteten Plankerbverzahnung (24) mit seinem Bereich (26) ohne Plankerbverzahnung zwischen dem Spindelbalken bzw. Spindelstößel (8) und dem Führungsteil (21) für den Träger (37) abgedichtet verschraubt ist.