DD241382A1

DD241382A1 - SPINDLE HEAD, ESPECIALLY IN TWO LEVELS SWIVELED ANGLE SPRING HEAD

Info

Publication number: DD241382A1
Application number: DD85281227A
Authority: DD
Inventors: Achim Poenisch
Original assignee: Werkzeugmasch Heckert Veb
Priority date: 1985-10-01
Filing date: 1985-10-01
Publication date: 1986-12-10
Also published as: DE3630260A1; FR2591515A1; SE8604113L; DD241382B1; SE8604113D0; FR2591515B1; SE466434B

Abstract

Spindelkopf, insbesondere in zwei Ebenen schwenkbarer Winkelfraeskopf, mit einer senkrechten Schwenkbewegung um eine waagerechte, ausserhalb des Schwerpunktes angreifenden Schwenkachse und der Aufnahme in dem gabelfoermigen Halter einer maschinengebundenen Baugruppe, beispielsweise eines Spindelstockes. Auf der im Halter unverdrehbaren Schwenkachse sind ein spindelkopfinterner Gewichtsausgleich, der Grundkoerper des Spindelkopfes drehbeweglich und ein Sonnenrad angeordnet, das sich mit einem im Grundkoerper gelagerten und unter einer der Schwerkraft entgegengesetzt gerichteten Kraftwirkung stehenden Planetenrad im Eingriff befindet. Der Spindelkopf ermoeglicht eine effektive Mehrachsen-Werkstueckbearbeitung. FigurSpindle head, in particular pivotable in two planes angular head, with a vertical pivoting movement about a horizontal, acting outside the center of gravity pivot axis and the inclusion in the fork-shaped holder of a machine-bound assembly, such as a headstock. On the non-rotatable in the holder pivot axis a spindle head internal weight compensation, the basic body of the spindle head are rotatably mounted and a sun gear, which is in the basic body mounted and under a gravity oppositely directed force acting planetary gear engaged. The spindle head enables effective multi-axis workpiece machining. figure

Description

Hierzu 1 Seite ZeichnungFor this 1 page drawing

Field of application of the invention

Die Erfindung betrifft einen Spindelkopf, insbesondere in zwei Ebenen schwenkbarer Winkelfräskopf, mit einer senkrechten Schwenkbewegung um eine waagerechte, außerhalb des Schwerpunktes angreifenden Schwenkachse und der Aufnahme in dem gabelförmigen Halter einer maschinengebundenen Baugruppe, beispielsweise eines Spindelstockes.The invention relates to a spindle head, in particular in two planes swiveling Winkelfräskopf, with a vertical pivoting movement about a horizontal, acting outside the center of gravity pivot axis and the inclusion in the fork-shaped holder of a machine-bound assembly, such as a headstock.

Characteristic of the known technical solutions

Bei einer bekannten Horizontal-, Bohr- und Fräsmaschine trägt der Spindelstock einen Winkelfräskopf der genannten Gattung, der um die Achse der waagerechten Hauptspindel verdrehbar sowie mit dieser kuppelbar ist und um eine rechtwinklig zu dieser verlaufenden Schwenkachse aus einer Bearbeitungslage in eine Außerbetriebs-, Werkzeugwechselstellung oder umgedreht geschwenkt werden kann (DE-OS 3330942).In a known horizontal, drilling and milling machine of the headstock carries a Winkelfräskopf said genus, which is rotatable about the axis of the horizontal main spindle and coupled with this and about a perpendicular to this pivot axis from a working position to a non-operating, tool change position or can be pivoted upside down (DE-OS 3330942).

Da der Winkelfräskopf keinen Gewichtsausgleich besitzt, ist der Antrieb für die senkrechte Schwenkbewegung dementsprechend groß zu dimensionieren, was den Aufwand und Platzbedarf erhöht.Since the angle milling head has no weight compensation, the drive for the vertical pivoting movement is correspondingly large, which increases the effort and space required.

Insbesondere der diesbezüglich benötigte Bauraum steht sehr häufig nicht zur Verfügung, was beispielsweise bei Spindelstöcken von Bearbeitungszentren der Fall ist.In particular, the space required in this regard is very often not available, which is the case for example with headstocks of machining centers.

Nachteilig ist weiterhin, daß die senkrechte Schwenkbewegung zur Werkstückbearbeitung nicht genutzt wird und als NC gesteuerte Achse, insbesondere durch den fehlenden Gewichtsausgleich bedingt, kaum sinnvoll realisiert werden kann. Das schränkt besonders aus der Sicht einer effektiven Mehrachsen-Bearbeitung die Einsatzmöglichkeiten erheblich ein. Die Verwendung einer separaten Hauptspindel für die Werkstückbearbeitung in der waagerechten Maschinenachse und die damit verbundene aufwands- und platzbedarfserhöhende Verkomplizierung des Spindelstockes sowie eine auf 90° begrenzte senkrechte Schwenkbewegung und Einschränkungen in der räumlichen Werkstückbearbeitung sind weitere wesentliche Nachteile.A further disadvantage is that the vertical pivoting movement for workpiece machining is not used and as NC controlled axis, especially due to the lack of weight compensation, can hardly be realized meaningful. This restricts the possibilities of use, especially from the point of view of effective multi-axis machining. The use of a separate main spindle for workpiece machining in the horizontal machine axis and the associated complexity and space requirement increasing complication of the headstock and limited to 90 ° vertical pivoting movement and limitations in the spatial machining of workpieces are further significant disadvantages.

Typisch für in zwei Ebenen schwenkbare Fräsköpfe ist, daß der unmittelbare Antrieb der Frässpindel über einen Kegelradtrieb erfolgt. Das trifft für den Winkelfräskopf nach der DE-OS 3330942 genauso wie für den in der DE 3311 289 gezeigten Universalfräskopf zu. Eine derartige Getriebegestaltung schrankt von vornherein die möglichen Drehzahlen der Frässpindel auf den Regelbereich des Antriebsmotors ein. Des weiteren ist insbesondere bei Realisierung höherer Spindeldrehzahlen ein Mehraufwand zur Gewährleistung einer ausreichenden Laufruhe erforderlich.Typical for milling heads that can be swiveled in two planes is that the direct drive of the milling spindle takes place via a bevel gear drive. This applies to the angle milling head according to DE-OS 3330942 as well as to the universal milling head shown in DE 3311 289. Such a gear design limits from the outset the possible speeds of the milling spindle on the control range of the drive motor. Furthermore, in particular when realizing higher spindle speeds, additional expenditure is required to ensure adequate running smoothness.

Object of the invention

Das Ziel der Erfindung ist es, mit reduziertem Aufwand und Platzbedarf die Möglichkeiten besonders bei der Mehrachsen-Bearbeitung zu verbessern.The aim of the invention is to improve with reduced effort and space requirements, especially in multi-axis machining.

Essence of the invention

Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung eines Spindelkopfes, insbesondere in zwei Ebenen schwenkbaren Winkelfräskopfes, mi einer senkrechten Schwenkbewegung um eine waagerechte, außerhalb des Schwerpunktes angreifenden Schwenkachse und der Aufnahme in den gabelförmigen Halter einer maschinengebundenen Baugruppe, bei dem das Drehmoment kompensierende technische Mittel so zur Wirkung kommen, daß bei Sicherung eines großen Schwenkbereiches der Schwenkantrieb minimiert wird und der Werkzeugspindelantrieb sowie die Anordnung der Schwenkebenen so gestaltet sind, daß in allen Maschinenachsen eine räumliche Werkstückbearbeitung durchgeführt werden kann. Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß die im Halter unverdrehbare Schwenkachse Festpunkt eines spindelkopfinternen Gewichtsausgleiches ist und koaxial der Eintrieb für die Werkzeugspindel erfolgt.The object of the invention is to provide a spindle head, in particular in two levels swivel Winkelfräskopfes, mi a vertical pivoting movement about a horizontal, acting outside of the center of gravity pivot axis and the inclusion in the fork-shaped holder of a machine-bound assembly in which the torque compensating technical means so to the effect come that when securing a large swivel range of the rotary actuator is minimized and the tool spindle drive and the arrangement of the swivel planes are designed so that in all machine axes a spatial workpiece machining can be performed. According to the invention the object is achieved in that the non-rotatable in the holder pivot axis is the fixed point of a spindle-internal counterbalancing and coaxially the drive for the tool spindle.

Dabei ist der Grundkörper des Spindelkopfes drehbeweglich auf der Schwenkachse aufgenommen, auf der'ein Sonnenrad sitz das sich mit einem im Grundkörper gelagerten und unter einer der Schwerkraft entgegengesetzt gerichteten Krafteinwirkung stehenden Planetenrad im Eingriff befindet. Das Planetenrad steht unter konstanter Krafteinwirkung und sein Verhältnis zum Sonnenrad beträgt 1:1. Der Grundkörper ist in an sich bekannter Weise über eine Stirnzahnkupplung drehwinkelgerecht positionierbar und steht mit dem koaxialen Antriebsrad eines am Halter befestigten Verstellantriebes in drehfester Verbindung wobei die Schwenkachse jeweils stirnseitig kraftschlüssig an den Armen des Halters festgelegt ist. Die Eintriebswelle für den Werkzeugspindelantrieb ist als eine die Schwenkachse einseitig lose umgreifende Hohlwelle ausgebildet, die einerseits über ein Kegelradpaar mit einer einen Arm des Halters längs durchgreifenden Weile des Hauptantriebes und andererseits, über ein Stirnradpaar den seitlichen Eintrieb in den Spindelkopf realisierend, mit einem Kegelradtrieb für die Werkzeugspindel in Antriebsverbindung steht. Das mit einer abgewinkelten Werkzeugspindel versehene Kopfteil des Spindelkopfes ist um eine rechtwinklig zur Schwenkachse verlaufende Achse verdrehbar, wobei die Verdrehebene zwischen der Schwenkachse und der Werkzeugspindel liegt. Im Kopfteil ist ein vorzugsweise zweistufiges Stirnradgetriebe angeordnet, dessen Schieberadblockauf der Abtriebswelle des Kegelradtriebes sitzt und wechselweise im Eingriff mit von der Werkzeugspindel aufgenommenen Stirnrädern steht.In this case, the main body of the spindle head is rotatably received on the pivot axis, on der'ein sun gear sitting with a mounted in the base body and under a gravity oppositely directed force planetary gear is engaged. The planetary gear is under constant force and its ratio to the sun gear is 1: 1. The main body is in a conventional manner via a front sprocket angular position adjustable and communicates with the coaxial drive of a holder attached to the adjusting drive in a rotationally fixed connection wherein the pivot axis is each fixed to the front side frictionally against the arms of the holder. The input shaft for the tool spindle drive is formed as a pivot axis on one side loosely encompassing hollow shaft, on the one hand via a pair of bevel gear with a arm of the holder along by cross-shaft of the main drive and on the other hand, realized via a pair of Stirnrad the lateral drive into the spindle head, with a bevel gear for the tool spindle is in drive connection. The provided with an angled tool spindle head portion of the spindle head is rotatable about an axis perpendicular to the pivot axis extending, wherein the Verdrehebene between the pivot axis and the tool spindle is located. In the head part, a preferably two-stage spur gear is arranged, the Schieberadblock sits on the output shaft of the bevel gear and is alternately engaged with recorded by the tool spindle spur gears.

Nach einem letzten Merkmal der Erfindung ist das Kopfteil in bekannter Weise mittels einer Stirnzahnkupplung am Grundkörper positionierbar.According to a last feature of the invention, the head part is positionable in a known manner by means of a front tooth coupling on the base body.

embodiment

Die Erfindung wird nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert. In der zugehörigen Zeichnung ist der Spindelkopf in einer schematischen Schnittdarstellung gezeigt.The invention will be explained in more detail using an exemplary embodiment. In the accompanying drawing, the spindle head is shown in a schematic sectional view.

Im gabelförmigen Halter 1 einer maschinengebundenen Baugruppe, die beispielsweise der Spindelstock eines nicht gezeigten Bearbeitungszentrums sein kann, ist die Schwenkachse 2 unverdrehbar gelagert. Diese nimmt den Grundkörper 3 des Spindelkopfes 4 um 180° verdrehbar auf, an dessen werkzeugseitiger Stirnseite ein um eine rechtwinklig zur Schwenkachse 2 verlaufende Achse 5 drehbewegliches Kopfteil 6 gelagert ist. In dem mittels einer Stirnzahnkupplung 7 am Grundkörper 3 positionierbaren Kopfteil 6 ist eine um 90° zur Achse 5 abgewinkelte Werkzeugspindel 8 aufgenommen.In the fork-shaped holder 1 a machine-bound assembly, which may be, for example, the headstock of a machining center, not shown, the pivot axis 2 is mounted non-rotatably. This takes up the main body 3 of the spindle head 4 rotatable by 180 °, on the tool-side end side a rotatable about a right angle to the pivot axis 2 axis 5 head portion 6 is mounted. In the positionable by means of a front tooth coupling 7 on the base body 3 head part 6 a 90 ° to the axis 5 angled tool spindle 8 is added.

Ein zweistufiges Stirnradgetriebe, bestehend aus auf der Werkzeugspindel 8 sitzenden Stirnrädern 9,10 sowie einem mit diesen wechselweise im Eingriff stehenden Schieberadblock 11, stellt die Antriebsverbindung zwischen der Werkzeugspindel 8 und einem Kegelradtrieb 12,13 her, auf dessen Antriebswelle 14 der Schieberadblock angeordnet ist. Neben einer Erweiterung des Drehzahlbereiches ermöglicht diese Getriebeanordnung, daß innerhalb des Kegeltriebes 12,13 nur relativ kleine Umlaufgeschwindigkeiten auftreten, was die Laufruhe des Spindelkopfes 4 sehr günstig beeinflußt.A two-stage spur gear consisting of seated on the tool spindle 8 spur gears 9,10 and one with these alternately engaged Schieberadblock 11, provides the drive connection between the tool spindle 8 and a bevel gear 12,13 ago, on the drive shaft 14 of the sliding block is arranged. In addition to an extension of the speed range allows this gear arrangement that within the pinion gear 12,13 only relatively small rotational speeds occur, which affects the smooth running of the spindle head 4 very low.

Der auf der Schwenkachse 2 verschiebbare Grundkörper 3 ist mittels einer Stirnzahnkupplung 15 am Halter 1 und damit drehwinkelgerecht positionierbar. Er wird durch nicht dargestellte technische Mittel aus-und von gleichmäßig auf dem Umfang seines Druckringes 16 verteilten Arbeitszylindern 17 eingekuppelt. Seitlich am Halter 1 ist im Arm 1' ein Verstellantrieb 18 angebracht, der über ein Stirnrad 19 mit einem am Grundkörper 3 befestigten und lose um die Schwenkachse 2 verdrehbaren Abtriebsrad 20 in Antriebsverbindung steht.The displaceable on the pivot axis 2 main body 3 is by means of a front sprocket 15 on the holder 1 and thus angular position adjustable. It is engaged by non-illustrated technical means and from evenly distributed on the circumference of its pressure ring 16 working cylinders 17. Laterally on the holder 1, an adjusting drive 18 is mounted in the arm 1 ', which is connected via a spur gear 19 with a base body 3 fixed and loosely about the pivot axis 2 rotatable driven wheel 20 in drive connection.

Wie aus der Zeichnung weiterhin ersichtlich, besitzt der Spindelkopf 4 einen im Grundkörper 3 angeordneten GewichtsausgleichAs can also be seen from the drawing, the spindle head 4 has a weight compensation arranged in the base body 3

21. Dieser besteht im wesentlichen aus einem auf der Schwenkachse 2 sitzenden Sonnenrad 22, das sich mit einem im Grundkörper 3 gelagerten und unter einer der Schwerkraft entgegengesetzt gerichteten Krafteinwirkung stehenden Planeten rad 23 ständig im Eingriff befindet. Am Planetenrad 23 ist die Kolbenstange 24 eines unter konstanter Druckbeaufschlagung stehenden und am Grundkörper 3 schwenkbeweglich befestigten Arbeitszylinders 25 exzentrisch angelenkt. Das Verhältnis zwischen Sonnenrad 22 und Planetenrad 23 beträgt 1:1.21. This consists essentially of a seated on the pivot axis 2 sun gear 22, the wheel 23 is constantly engaged with a bearing in the base body 3 and under a gravity oppositely directed force acting planet. At the planet gear 23, the piston rod 24 of an under constant pressurization and pivotally mounted on the base body 3 working cylinder 25 is articulated eccentrically. The ratio between sun gear 22 and planet gear 23 is 1: 1.

Der Antrieb der Werkzeugspindel 8 erfolgt durch seitlichen Eintrieb in den Spindelkopf 4. Eine den Arm 1" des Halters 1 längs durchgreifende Welle 26 des nicht näher gezeigten Hauptantriebes ist über ein Kegelradpaar 27 mit einer Eintriebswelle 28, ausgebildet als eine die Schwenkachse 2 lose umgreifende Hohlwelle, getrieblich verbunden. Das der Eintriebswelle 28 zugeordnete Stirnrad 29 steht mit einem auf der Antriebswelle 30 des Kegelradtriebes 12,13 drehfest sitzenden Stirnrad 31 im Eingriff, wodurch der Antriebsfluß zum Kopfteil 6 und zur Werkzeugspindel 8 hergestellt ist.The drive of the tool spindle 8 is effected by lateral input into the spindle head 4. A the arm 1 "of the holder 1 longitudinal cross-shaft 26 of the main drive not shown is via a bevel gear 27 with a drive shaft 28, formed as a pivot axis 2 loosely encompassing hollow shaft The spur gear 29 associated with the input shaft 28 is engaged with a spur gear 31 fixedly mounted on the drive shaft 30 of the bevel gear 12,13, whereby the drive flow to the head 6 and tool spindle 8 is established.

Mittels seines im Führungsring 32 dreh-und verschiebbar aufgenommenen Druckringes 16 stützt sich der Spindelkopf 4 seitlich am Arm 1" ab.By means of its rotatably and slidably received in the guide ring 32 pressure ring 16, the spindle head 4 is supported laterally on the arm 1 "from.

Die Zeichnung verdeutlicht, daß die Schwenkachse 2 jeweils stirnseitig fest mit den Armen X₁ 1" verbunden ist. Das verhindert deren eventuelles Aufspreizen, wenn der Arbeitszylinder 25 zum Zweck des Einkuppeins der Stirnzahn kupplung 15 den Spindelkopf 4 gegen den Arm Y drückt. Das Aus- und Einkuppeln der Stirnzahnkupplung 7 erfolgt ebenso wie die Verdrehung des Kopfteiles um die Achse 5 und die Schaltung des Schieberadblockes 11 mittels nicht gezeigter technischer Mittel.The drawing illustrates that the pivot axis 2 is connected at the front end fixed to the arms X ₁ 1 ".This prevents their possible spreading when the working cylinder 25 for the purpose of Einkuppeins the front tooth coupling 15 presses the spindle head 4 against the arm Y. The Off - And engaging the front teeth clutch 7 takes place as well as the rotation of the head part about the axis 5 and the circuit of the Schieberadblockes 11 by means not shown technical means.

Da das Drehmoment des Spindelkopfes 4 durch den Gewichtsausgleich 21 soweit kompensiert wird, daß nur ein baugruppen bedingtes Reibmoment zu überwinden ist, kann der Verstellantrieb sehr klein gewählt werden, was die Realisierung einer NC-gesteuerten Schwenkachse bedeutend vereinfa ;ht. Daraus ergibt sich weiterhin eine wesentliche Reduzierung des diesbezüglichen antriebsbedingten Aufwandes und ein stark verminderter Platzbedarf. Die gewählte Anordnung der Schwenkebenen zueinander gestattet eine räumliche Werkstückbearbeitung in allen Maschinenachsen und gewährleistet in Verbindung mit einer um 180° möglichen Schwenkbewegung des Spindelkopfes4 die vollständige Nutzung bzw. unter bestimmten Bedingungen eine Erweiterung der maschinenbedingten Verfahrwege. Die genannten Vorteile des erfindungsgemäßen Spindelkopfes begründen eine hohe Universalität, die insbesondere für eine effektive Mehrachsen-Werkstückbearbeitung von großer Bedeutung ist.Since the torque of the spindle head 4 is compensated by the counterbalance 21 so far that only one assembly-related friction torque is overcome, the adjustment can be made very small, which significantly simplifies the realization of a NC-controlled pivot axis hht. This further results in a significant reduction of the related drive-related effort and a greatly reduced space requirement. The selected arrangement of the pivot planes to each other allows a spatial workpiece machining in all machine axes and ensures in conjunction with a possible 180 ° pivoting movement of Spindelkopfes4 the full use or under certain conditions, an extension of the machine-related travel. The stated advantages of the spindle head according to the invention justify a high universality, which is of great importance in particular for effective multi-axis workpiece machining.

Claims

Invention claim:

1. spindle head, in particular in two planes swiveling Winkelfräskopf, with a vertical pivoting movement about a horizontal, acting outside the center of gravity pivot axis and the inclusion in the fork-shaped holder of a machine-bound assembly, characterized in that in the holder (1) non-rotatable pivot axis (2) Fixed point of a spindle-internal counterbalance (21) and coaxial with the drive for the tool spindle (8).

2. Spindle head according to item 1, characterized in that on the pivot axis (2) of the base body (3) of the spindle head (4) is rotatably received and a sun gear (22) sits, with a in the base body (3) and stored under one of the gravity oppositely directed force acting planetary gear (23) is engaged.

3. Spindle head according to item 1 and 2, characterized in that the planet gear (23) is under constant force and its VeVverhältnis to the sun gear (22) is 1: 1.

4. Spindle head according to item 1-3, characterized in that the base body (3) in a conventional manner via a spur gear (15) is angularly positionable and with the coaxial driven gear (20) of a holder (1) fixed adjusting drive (18 ) is in a rotationally fixed connection, wherein the pivot axis (2) in each case at the front side frictionally secured to the arms (1 ', 1 ") of the holder (1).

5. spindle head according to item 1, characterized in that the input shaft (28) as a pivot axis (2) on one side loosely encompassing hollow shaft is formed, on the one hand via a pair of bevel gears (27) with one arm (1 ") of the holder (1 ) along cross-shaft (26) of the main drive and on the other hand, via a pair of spur gears (29,30) the lateral input drive into the spindle head (4) realizing, with a bevel gear (12,13) for the tool spindle (8) is in drive connection.

6. spindle head according to item 1 and 5, characterized in that the with the angled tool spindle (8) provided head portion (6) of the spindle head (4) about a perpendicular to the pivot axis (2) extending axis (5) is rotatable, wherein the Verdrehebene between the pivot axis (2) and the tool spindle (8).

7. spindle head according to item 1, 5 and 6, characterized in that in the head part (6) a preferably two-stage spur gear is arranged, the sliding block (11) on the output shaft (14) of the bevel gear (12,13) sits and engaged with from the tool spindle (8) recorded spur gears (9) or (10).

8. spindle head according to item 1, 5 to 7 ,. characterized in that the head part (6) in a known manner by means of a spur gear coupling (7) on the base body (3) is positionable.