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Dokumentenidentifikation DE19650284A1 10.06.1998
Titel Dreh- und schwenkbare Vorrichtung zum Fräsen mit integriertem Antriebsmotor
Anmelder Waibl Ausstellungstechnik GmbH, 85649 Brunnthal, DE
Erfinder Waibl, Gerd, 85649 Brunnthal, DE;
Waibl, Armin, 85649 Brunnthal, DE
DE-Anmeldedatum 04.12.1996
DE-Aktenzeichen 19650284
Offenlegungstag 10.06.1998
Veröffentlichungstag im Patentblatt 10.06.1998
IPC-Hauptklasse B23C 7/00
IPC-Nebenklasse B23C 1/00   B25H 7/00   G01B 5/004   
Zusammenfassung Die Erfindung betrifft eine dreh- und schwenkbare Fräsvorrichtung mit einem integrierten Antriebsmotor und einem Aufnahmebolzen, mit dem die Fräsvorrichtung an einer Werkzeugaufnahme eines Bearbeitungsgerätes angebracht werden kann. Die Fräsvorrichtung zeichnet sich dadurch aus, daß die Rotationsachse des Fräsers die Achse des Aufnahmebolzens in allen Verstellpositionen der Fräsvorrichtung in einem bezüglich des Aufnahmebolzens ortsfesten Punkt schneidet. Die Dreh- und Schwenkbewegungen der Fräsvorrichtung sind mit einer zentralen mechanischen Verriegelung arretierbar oder werden wahlweise elektromagnetisch arretiert.

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft eine dreh- und schwenkbare Fräsvorrichtung mit einem integrierten Antriebsmotor für den Einsatz in mechanischen Bearbeitungsgeräten.

Bei der mechanischen Bearbeitung von komplexen Werkstücken mit CNC-gesteuerten Werkzeugmaschinen, beispielsweise bei Herstellung von Freiformflächen an Designmodellen der Herstellung von Positivformen für den Metall-Sandguß oder der Herstellung von Extruderschnecken für Kunststoffextruder und bei der mechanischen Bearbeitung von komplexen Werkstücken mit einer Werkzeugmaschine, die nur zwei motorisch oder manuell verstellbare Achsen aufweist, ist es häufig erforderlich, zur Vermeidung von Kollisionen mit dem Werkstück kurze Fräswerkzeuge in einem nahezu rechten Winkel an die zu bearbeitende Werkstückoberfläche heranzuführen, was mit herkömmlichen Werkzeugmaschinen wegen der begrenzten Zahl von steuerbaren Achsen nicht realisierbar ist. Die Fräsvorrichtung ist für derartige Bearbeitungsvorgänge vorgesehen und wird in einer Werkzeugaufnahme eines CNC-gesteuerten Bearbeitungsgerätes gehalten. Aus der Patentliteratur sind mehrfach verstellbare Haltevorrichtungen für Meß- und Anreißwerkzeuge bekannt. So wird in der Patentschrift DE 38 27 656 eine Haltevorrichtung für Meß- und Anreißwerkzeuge beschrieben, bei der das Meß- bzw. Anreißwerkzeug in einer Werkzeugaufnahme derart dreh- und schwenkbar gehalten ist, daß die Längsmittelachse des Werkzeuges die Drehachse der Halterung stets im gleichen Schnittpunkt, der mit dem Arbeitspunkt des Werkzeuges zusammenfällt, schneidet. Die Haltevorrichtung wird durch einen Aufnahmebolzen in einen Werkzeugaufnahme einer vorzugsweise 3-dimensionalen Meß-und/oder Anreißgerät, wie es beispielsweise in den Patentschriften DE 17 73 282 und DE 17 98 419 beschrieben ist, angebracht, wobei der Winkel zwischen der Achse des Aufnahmebolzens und der Schwenkachse der Haltevorrichtung vorzugsweise kleiner als 90° beträgt. Bei einem Winkel von 90° kann durch Verdrehung der Halterung um die Achse des Aufnahmebolzens und durch Schwenken der Werkzeugachse jede Werkzeugrichtung in gesamten Raumwinkel eingestellt werden.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Fräsvorrichtung für Stirn-, Kugel- oder/und Kegelfräser und Schleifstifte zu schaffen, bei der die Werkzeugachse in einem Raumwinkel mit einem Öffnungswinkel von wenigstens 180° stufenlos oder in Winkelschritten von höchstens 15° einstellbar ist, wobei der Antriebsmotor für den Fräser in der Fräsvorrichtung enthalten sein soll.

Die Aufgabe der Erfindung wird durch die Merkmale im Kennzeichnungsteil des Hauptanspruches gelöst und wird anhand der Abbildungen nachfolgend näher beschrieben.

In Fig. 1 ist eine schematische, teilgeschnittene Ansicht der erfindungsgemäßen Fräsvorrichtung gezeigt. Ein Aufnahmebolzen 1, der in eine nicht dargestellte Aufnahme einer vorzugsweise CNC-gesteuerten Bearbeitungsmaschine eingespannt wird, trägt zwei, durch eine Distanzhülse 14 voneinander getrennte Lager 12, 12'. Die Innenringe der Lager sind mit zwei Stellschrauben 40, 40' spielfrei eingespannt. Die Außenringe der Lager 12, 12' sind starr mit dem Tragarm 10 verbunden. An dem Tragarm 10 ist unter einem vorzugsweise spitzen Winkel eine um die Schwenkachse 3 schwenkbare Halterung 11 angebracht. Die Halterung 11 weist in ihrem Inneren eine Aufnahme für eine Werkzeugspindel 5 auf, in die das Fräswerkzeug mittels des Spannfutters 4 eingespannt wird. Die Werkzeugspindel 5 trägt an der dem Spannfutter gegenüberliegenden Seite ein mit diesem drehstarr verbundenes Ritzel 7. Ein neben der Werkzeugspindel 5 angebrachter Antriebsmotor 6 trägt an seiner Oberseite ein Ritzel 7', und beide Ritzel 7, 7' sind von einem vorgespannten Endloszahnriemen 8 umschlungen.

An der Halterung 11 ist ein Schwenkbolzen 9 starr angebracht, der auf der der Halterung 11 abgewandten Seite zwei durch eine Distanzhülse 15 voneinander getrennte Lager 13, 13' trägt. Die Innenringe der Lager sind mit zwei Stellschrauben 41, 41' spielfrei eingespannt. Die Außenringe der Lager 13, 13' sind starr mit dem Tragarm 10 verbunden. Die Halterung 11 ist derart ausgebildet, daß die Längsmittelachse 33 der Werkzeugspindel und des Spannfutters die Schwenkachse 3 stets im gleichen Punkt 50 schneidet. Wird der Fräser in das Spannfutter 4 derart eingespannt, daß sein Arbeitspunkt (z. B. Mittelpunkt der Stirnfläche eines Stirnfräsers oder Stirnschleifstiftes, Pol eines Kugelfräsers, Spitze eines Kegelfräsers) im Schnittpunkt S liegt, so bleibt dieser Arbeitspunkt bei allen Drehbewegungen um die Drehachse 2 und Schwenkbewegungen um die Schwenkachse 3 bezüglich des Aufnahmebolzens 1 ortsfest. In der Praxis hat sich herausgestellt, daß eine schrittweise Verdrehbarkeit des Tragarmes 10 um den Aufnahmebolzen 1 ebenso wie eine schrittweise Schwenkbarkeit der Halterung 11 um die Schwenkachse 3 für die Anforderungen an die Fräsvorrichtung ausreichend ist, wenn die Schrittweite zwischen 10° und 20° liegt. In Fig. 1 ist die schrittweise Verdrehung um die Drehachse 2 dadurch gelöst, daß an dem Aufnahmebolzen 1 eine Rastscheibe 21 mit vorzugsweise kugelkalottenförmigen Ausformungen in einer festen Winkelteilung auf der dem Tragarm 10 zugewandten Seite angebracht sind und daß ein Bremskeil 19 mit seinem halbkugelförmig ausgeprägten Ende über eine nicht gezeigte Druckfeder gegen die Rastscheibe gedrückt wird. Das schrittweise Verschwenken der Halterung 11 um die Schwenkachse 3 wird durch eine Rastscheibe 22 auf dem Schwenkzapfen 9 und einem mit einer nicht gezeigten Druckfeder gegen die Rastscheibe 22 gedrückten Bremskeil 20 gelöst.

Um während des Betriebes des Fräsers eine Verdrehung oder eine Schwenkung zu verhindern, ist eine Bremsvorrichtung vorgesehen, die durch einen Feststellknopf 16 betätigt wird. Der Feststellknopf 16 ist mit der Achse 23 und einem auf der Achse 23 angebrachten Exzenter 24 drehstarr verbunden. Der Exzenter ist so ausgelegt, daß bei einer Verdrehung des Feststellknopfes um einen Winkel zwischen 45° und 180° die Bremsstößel 17, 18 an den jeweiligen Bremskeil 19, 21 herangeführt werden und dadurch über den Bremskeil die Rastscheiben 21, 22 arretieren.

In Fig. 2 ist die erfindungsgemäße Fräsvorrichtung mit motorischer Achsenverstellung in der Ansicht gezeigt. Die Anordnung der Achsen entspricht der in Fig. 1 gezeigten. Der Aufnahmezapfen 1 ist in dieser Ausführung der Erfindung als Rotor eines Drehmotors 31 ausgebildet. Vorzugsweise ist der Drehmotor als Elektromotor, insbesondere als Schrittmotor ausgebildet, dessen Haltemoment im stromlosen Zustand größer ist als die bei der Fräsbearbeitung auftretenden Drehmomente an der Drehachse. Analoges gilt für die Schwenkachse, bei der ein Schwenkmotor 32 den Halter 11 motorisch schwenkt und während des Fräsvorganges den Schwenkzapfen bezüglich des Tragarmes 10 mit einem Haltemoment hält, da größer ist als die beim Fräsvorgang auftretenden Momente. In Fig. 2 ist eine weitere Ausprägung der Erfindung gezeigt, bei der Frässpindel direkt angetrieben ist, beispielsweise durch eine Druckluftturbine. Die Versorgungsleitungen für den Dreh-, den Schwenk- und den Antriebsmotor werden aus dem Halter 11 und dem Tragarm 10 zu einer externen Steuerung geführt, die an der Bearbeitungsmaschine angeordnet ist. Eine zentrale Steuerung der Bearbeitungsmaschine steuert wenigstens die Bewegung des Aufnahmebolzens 1 und den Antriebsmotor 6 bzw. die direktangetriebene Frässpindel 30. Sind die Drehachse und die Schwenkachse motorisch angetrieben, so ist steuert die Steuerung vorzugsweise auch die Dreh- und Schwenkachse. Dadurch ist es möglich, Werkstücke mit komplexen Flächen durch Fräsen zu bearbeiten, ohne daß der Fräskopf manuell verstellt werden muß. Wird das Spannfutter als Druckluftspannfutter oder als elektromagnetisches Spannfutter ausgeführt, so ist es möglich, von einem Magazin unterschiedliche Fräser aufzunehmen und wieder abzulegen, wodurch ein vollautomatischer Fräsbetrieb ohne Werkzeugwechselzeiten ermöglicht wird.

Fig. 1: Teilgeschnittene Ansicht der Fräsvorrichtung

Fig. 2: Fräsvorrichtung mit motorischer Achsenverstellung

Bezugszeichenliste

1 Aufnahmebolzen

2 Drehachse

3 Schwenkachse

4 Spannfutter

5 Werkzeugspindel

6 Antriebsmotor

7,7' Ritzel

8 Endloszahnriemen

9 Schwenkzapfen

10 Tragarm

11 Halter

12,12' Lager der Drehachse

13,13' Lager der Schwenkachse

14 Distanzhülse des Drehlagers

15 Distanzhülse des Schwenklagers

16 Feststellknopf

17 Bremsstößel für Drehlager

18 Bremsstößel für Schwenklager

19 Bremskeil für Drehbremse

20 Bremskeil für Schwenkbremse

21 Rastscheibe des Aufnahmezapfens

22 Rastscheibe des Schwenkzapfens

23 Achse

24 Exzenter

30 Frässpindel mit Druckluftturbine

31 Drehmotor

32 Schwenkmotor

33 Längsmittelachse des Spannfutters

34 Lagerkopf des Schwenklagers

35 Lagerkopf des Drehlagers

40,40' Stellschrauben des Drehlagers

41,41' Stellschrauben des Schwenklagers

50 Schnittpunkt der Längsmittelachse 33 des Spannfutters mit der Schwenkachse 9


Anspruch[de]
  1. 1. Fräsvorrichtung für Maschinen zur mechanischen Bearbeitung von Werkstücken mit vorzugsweise CNC-gesteuerten Achsen und einer an einer Achse angebrachten Werkzeugaufnahme, in der der Aufnahmebolzen (1) gehalten ist, welche ein Spannfutter (4) zur Aufnahme eines dreh- und schwenkbar gehaltenen Fräsers trägt mit einem eine Drehung um die Drehachse (2) zulassenden Tragarm (10) mittels dessen ein Halter (11) für das Spannfutter (4) des Fräsers gehalten und derart beweglich geführt ist, daß die Längsmittelachse (33) des Spannfutters (4) die Drehachse (2) stets im gleichen Schnittpunkt (50) schneidet oder mit dieser zusammenfällt, dadurch gekennzeichnet, daß der Tragarm (10) in einem festen Abstand von der Drehachse einen Lagerkopf (34) aufweist, in dem der Halter (11) um eine vom Lagerkopf (34) vorgegebene Schwenkachse (3), die unter einem vorzugsweise spitzen Winkel zur Drehachse (2) verläuft und diese im Arbeitspunkt (50) des Fräsers schneidet und daß der Halter im Querabstand vom Lagerkopf (34) und der Schwenkachse (3) eine Werkzeugspindel (5) mit einem Spannfutter (4) zur Aufnahme des Fräsers und einen Antriebsmotor (6) aufweist.
  2. 2. Fräsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Werkzeugspindel (5) auf der dem Spannfutter (4) abgewandten Seite ein Ritzel (7) trägt, das mit dem Spannfutter drehstarr verbunden ist, daß der Antriebsmotor (6) ein mit dem Rotor drehstarr verbundenes Ritzel (7') trägt daß die Rotormittelachse parallel zur Längsmittelachse des Spannfutters (33) angeordnet ist und daß die beiden Ritzel (7, 7') von einem vorgespannten Endloszahnriemen (8) umschlungen sind.
  3. 3. Fräsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1-2, dadurch gekennzeichnet, daß der Aufnahmebolzen (1) und der Schwenkzapfen (9) jeweils eine Rastscheibe (21, 22) tragen, in die mit Druckfedern vorgespannte Bremskeile (19, 20) eingreifen und daß auf die keilförmigen Enden der Bremskeile (19, 20) Bremsstößel (17, 18) wirken, die mittels eines Exzenters (24), der drehstarr mit der Achse (23) und dem Feststellknopf (16) verbunden ist, an die Bremskeile (19, 20) herangeführt werden und die Rastscheiben (21, 22) gegen Verdrehung arretieren.
  4. 4. Fräsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß der Lagerkopf des Drehlagers (35) und der Lagerkopf des Schwenklagers (34) Schrittmotore (31, 32) enthalten, deren Rotorachsen durch den Aufnahmebolzen (1) beziehungsweise den Schwenkzapfen (9) gebildet werden.
  5. 5. Fräsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß die Werkzeugspindel (5) als Frässpindel mit Druckluftturbine ausgebildet ist.
  6. 6. Fräsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, daß der Tragarm (10) und der Halter (11) als Leichtmetallgußteile ausgeführt sind.






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