DE60102023T2

DE60102023T2 - Zweifach drehbarer spindelkopf für werkzeugmaschinen

Info

Publication number: DE60102023T2
Application number: DE60102023T
Authority: DE
Inventors: Gabriele Piccolo
Original assignee: FPT Industrial SpA
Current assignee: HPT Sinergy SRL
Priority date: 2000-10-17
Filing date: 2001-04-11
Publication date: 2004-09-02
Anticipated expiration: 2021-04-12
Also published as: CZ20031252A3; ES2190907T1; KR100742856B1; RU2003114425A; ITVE20000025U1; EP1328375B1; HUP0303764A2; CA2425859A1; DE20121692U1; CN1264645C; PT1328375E; US20040013487A1; PL361357A1; DE60102023D1; AU2001265872A1; RU2267392C2; NO20031755D0; CN1469793A; EP1328375A1; JP2004520944A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen doppelt drehbaren Spindelkopf für Werkzeugmaschinen.
Doppelt drehbare Spindelköpfe für Werkzeugmaschinen sind bekannt. Sie werden im wesentlichen in doppelt drehbare Spindelköpfe mit senkrechten Achsen und doppelt drehbare Spindelköpfe mit nicht senkrechten Achsen eingeteilt. Beide umfassen eine erste Kopfhälfte, die an der Maschinenstruktur um eine erste Achse drehbar angelenkt ist, und eine zweite Kopfhälfte, die an der ersten Kopfhälfte um eine zweite Achse drehbar angelenkt ist. Während jedoch bei den doppelt drehbaren Köpfen des ersten Typs die zwei Drehachsen zueinander senkrecht sind, sind in Maschinen des zweiten Typs die beiden Drehachsen nicht zueinander senkrecht.
Doppelt drehbare Köpfe des ersten Typs, welche häufig ernsthafte Beschränkungen in ihrer Fähigkeit besitzen, das Werkzeug der Oberfläche des Werkstücks anzunähern, insbesondere in eine Ausnehmung in dem Werkzeug einzutreten, weisen im allgemeinen keine Schwierigkeiten hinsichtlich der Orientierung der Werkzeugachse in der gewünschten räumlichen Richtung auf, da sie es ermöglichen, diese Orientierung durch Drehen der besagten Achse um eine oder beide der relativen Achsen der Maschine zu erreichen.
Doppelt drehbare Köpfe des zweiten Typs sind vorteilhafter als jene des ersten Typs in Bezug auf die Annäherung der Oberfläche des Werkstücks mit ihrem Werkzeug, jedoch gleichzeitig komplizierter in Bezug auf ihre Programmierung und ihre Betriebspräzision. Obgleich Änderungen der Werkzeugachsenorientierung als Rotationen davon um eine physikalische Achse aufgefasst werden können, werden sie in Wirklichkeit insbesondere durch Rotation um eine virtuelle Achse als Ergebnis von mehreren kombinierten Maschinenbewegungen erreicht, welche vollständig oder teilweise die drei linearen Achsen X, Y und Z und die beiden Rotationsachsen umfassen.
Aus diesen Gründen sind doppelt drehbare Köpfe mit nicht senkrechten Achsen eigentlich präziser als jene mit senkrechten Achsen, wobei diese Präzision im allgemeinen dadurch erhalten wird, dass diese Köpfe hauptsächlich für eine gerastete Positionierung gebaut werden, die im allgemeinen durch Hirth-verzahnte Präzisionsringe erreicht wird.
Hirth-Ringe, welche präzise sind und praktisch kein Spiel aufweisen, ermöglichen jedoch nur die Einstellung unstetiger, diskreter Positionen. Dies bedeutet, dass die Winkelpositionen, die mit dem Werkzeug erreichbar sind, von der Kombination der diskreten Drehwinkel abhängen und daher nicht unbeschränkt variabel sind.
Nach der vorliegenden Erfindung wird dieses Problem mit einem doppelt drehbaren Spindelkopf vom nicht senkrechten Achsentyp für Werkzeugmaschinen gelöst, wie im Anspruch 1 beschrieben.
Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung ist nachstehend anhand der beigefügten Zeichnungen näher beschrieben, in denen zeigen:
1 eine Seitenansicht eines doppelt drehbaren erfindungsgemäßen Kopfes in einer Anordnung mit der Werkzeugachse parallel zur ersten Achse;
2 einen senkrechten Schnitt durch die gleiche Anordnung wie in 1;
3 eine Seitenansicht davon in einer Anordnung mit der Werkzeugachse in einem Winkel von 110° zur ersten Achse; und
4 einen senkrechten Schnitt in der gleichen Anordnung wie in 3.
Wie aus den Figuren ersichtlich, umfasst der erfindungsgemäße doppelt drehbare Kopf in herkömmlicher Weise eine erste Kopfhälfte 2, die an der (nicht dargestellten) Werkzeugmaschinenstruktur mit einem Verbindungselement 4 angebracht ist, sowie eine zweite Kopfhälfte 6, welche die Werkzeugspindel 8 trägt. Die erste Kopfhälfte 2 ist gegenüber der Maschinenstruktur und damit dem Verbindungselement 4 um eine erste Achse 10 aufgrund der Führungslager 12 drehbar, die an dem Verbindungselement 4 angebracht sind und in eine Umfangsnut 14 eingreifen, die in dem Gehäuse der ersten Kopfhälfte 2 vorgesehen ist.
Die erste Kopfhälfte 2 wird gegenüber dem Verbindungselement 4 mit einem Direktmotor gedreht, dessen Stator 16 starr mit dem besagten Verbindungselement 4 verbunden ist, wobei dessen Rotor 18 starr mit der besagten ersten Kopfhälfte 2 verbunden ist.
Die zweite Kopfhälfte 6 und die erste Kopfhälfte 2 sind in einer ebenen Fläche aneinander gekuppelt, welche in der Zeichenebene durch die Gerade 20 dargestellt ist. Die Fläche bildet einen Winkel von 35° mit der ersten Achse 10.
Die zweite Kopfhälfte 6 ist gegenüber der ersten Kopfhälfte 2 um eine zweite Achse 22 aufgrund der Führungslager 24 drehbar, welche an der besagten ersten Kopfhälfte 2 angebracht sind und in eine Umfangsnut 26 eingreifen, die in dem Gehäuse der zweiten Kopfhälfte 6 vorgesehen ist.
Die zweite Kopfhälfte 6 wird gegenüber der ersten Kopfhälfte 2 mit einem Direktmotor gedreht, dessen Stator 28 starr mit der besagten ersten Kopfhälfte 2 verbunden ist, wobei dessen Rotor 30 starr mit der besagten zweiten Kopfhälfte 6 verbunden ist.
Beide Direktmotoren, d. h. der, welcher zwischen dem Verbindungselement 4 und der ersten Kopfhälfte 2 angeordnet ist, und jener, welcher zwischen der ersten Kopfhälfte 2 und der zweiten Kopfhälfte 6 angeordnet ist, können entweder Permanentmagnetsynchronmotoren oder Induktionsmotoren sein. Die Winkelposition der ersten Kopfhälfte 2 zu dem Verbindungselement 4 und die Winkelposition der zweiten Kopfhälfte 6 zu der ersten Kopfhälfte 2 werden durch die jeweilige Position von Messwandlern 32, 34 gesteuert oder kontrolliert.
Während die Rotation des Direktmotors, der zwischen dem Verbindungselement 4 und der ersten Kopfhälfte 2 angeordnet ist, im Betrieb dazu führt, dass beide Kopfhälften 6 und 2 sich um die erste Achse 10 drehen und damit dazu führen, dass die Werkzeugachse eine konische Fläche beschreibt, welche zylindrisch wird, wenn die beiden Achsen parallel sind, führt die Rotation des Direktmotors, der zwischen der ersten Kopfhälfte 2 und der zweiten Kopfhälfte 6 angeordnet ist, dazu, dass die letztere um die zweite Achse 22 rotiert, um damit den Winkel zwischen der ersten Achse 10 und der Spindelachse zu ändern.
Dieser Winkel kann insbesondere zwischen 0° und 110° variieren und alle zwischen diesen beiden Grenzwerten liegenden Werte annehmen.
Durch geeignete Steuerung der beiden Direktmotoren kann folglich die Spindelachse jede räumliche Richtung in einem Kegel mit einem spitzen Winkel von 220° annehmen.
Aus dem Vorstehenden ist ersichtlich, dass der erfindungsgemäße doppelt drehbare Kopf, verglichen mit herkömmlichen doppelt drehbaren Köpfen, besonders vorteilhaft ist, und insbesondere

– es ermöglicht, die Werkzeugachse kontinuierlich in jeder räumlichen Richtung zu orientieren, und zwar mit hoher Positionierungspräzision und unter Ausschluss eines Spieles und einer Reibung zwischen den relativ zueinander bewegbaren Teilen,
– es ermöglicht, das Werkzeug in unmittelbarer Nähe zu der Oberfläche des Werkstücks zu positionieren,
– eine gute Eindringbarkeit des Werkzeugs und von dessen Spindel in jegliche Ausnehmungen in dem Werkstück ermöglicht,
– eine Bearbeitung von Hinterschneidungen ermöglicht.

Claims

Doppelt drehbarer Spindelkopf vom nicht senkrechten Achsentyp für Werkzeugmaschinen mit einer ersten Kopfhälfte (2), die an der Maschinenstruktur (4) um eine erste Achse (10) drehbar angelenkt ist, und einer zweiten Kopfhälfte (6), die an der ersten Kopfhälfte (2) an einer ebenen Fläche (20) angekuppelt ist und drehbar an ihr um eine zweite Achse (22) senkrecht zu der besagten ebenen Fläche (20) angelenkt ist, um die Werkzeugspindel (8) zu tragen, dadurch gekennzeichnet, dass ein erster Direktmotor (16, 18) zur Rotation der besagten ersten Kopfhälfte (2) gegenüber der Maschinenstruktur (4) und ein zweiter Direktmotor (28, 30) zur Rotation der besagten zweiten Kopfhälfte (6) gegenüber der besagten ersten Kopfhälfte (2) vorgesehen ist.
Doppelt drehbarer Kopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein erster Messwandler (32) zur Kontrolle der Winkelposition der ersten Kopfhälfte (2) gegenüber der Maschinenstruktur (4) und ein zweiter Messwandler (34) zur Kontrolle der Winkelposition der zweiten Kopfhälfte (6) gegenüber der ersten Kopfhälfte (2) vorgesehen ist.
Doppelt drehbarer Kopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die besagte ebene Fläche (20) mit der ersten Achse (10) einen Winkel von weniger als 45° und vorzugsweise zwischen 35 und 40° bildet.