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Dokumentenidentifikation DE102004025970A1 23.12.2004
Titel Fräskopf für Fräsmaschinen
Anmelder Zayer S.A., Vitoria, Alava, ES
Erfinder Perez Perez, Eduardo, Vitoria, ES
Vertreter Hössle Kudlek & Partner, Patentanwälte, 70184 Stuttgart
DE-Anmeldedatum 18.05.2004
DE-Aktenzeichen 102004025970
Offenlegungstag 23.12.2004
Veröffentlichungstag im Patentblatt 23.12.2004
IPC-Hauptklasse B23C 9/00
Zusammenfassung Fräskopf für Fräsmaschinen mit einem bezüglich der Maschine um eine erste Achse drehenden Knie mit einem ersten Antriebssystem und einem bezüglich des Knies um eine zweite Achse drehbaren Kopf mit einem zweiten Antriebssystem, wobei die beiden Antriebssysteme unabhängig voneinander arbeiten, und bei dem das Antriebssystem mit einem zylindrischen Vorgelege mit Schneckenverzahnung ausgerüstet ist, welches durch die Wirkung von koaxial angeordneten und permanent den Verschleiß, Sprünge und beliebige sonstige Unterbrechungen kompensierenden Federn kontinuierlich unter Vorspannung gehalten wird, und bei dem die Blockierung/Freigabe des Knies mit Bezug auf die Maschine und des Fräskopfes mit Bezug auf das Knie mit Hilfe von Blockiersätzen realisiert wird, die im Prinzip aus einer Reihe von in am äußeren Umfang eingebrachten Einsparungen sitzenden Schrauben mit einem T-förmigen Kopf bestehen und bei denen die Blockierkraft des Kopfes entweder über die Aufbringung von hydraulischem Druck oder durch den Einsatz von entsprechend angeordneten Federn bzw. auch durch beides gleichzeitig erreicht wird.
Das Anwendungsgebiet sind Werkzeugmaschinen.

Beschreibung[de]

In der konventionellen Technologie werden Fräsköpfe für Fräsmaschinen eingesetzt, welche aus einem bezüglich der Maschine drehbarem Knie und einem bezüglich des Knies drehbarem Werkzeugträger bestehen.

Mit der Kombination aus diesen beiden Drehbewegungen soll die für das Arbeitswerkzeug (Fräser) gewünschte Positionierung im Raum erreicht werden.

Die Fräsköpfe vom Typ "Twist" (Fräskopf mit zwei orthogonal zueinander stehenden Drehwellen und einem in einer Gabel sitzenden Drehelement, welches als Kopf bezeichnet wird) sind in der Lage mit Hilfe der Drehwellen den Kopf und das Knie in blockierter Stellung (für das Arbeiten auf drei Achsen) bzw. in nicht blockierter Stellung mit einer kontinuierlichen Drehung (für das Arbeiten auf 5 Achsen) zu betreiben.

Bei den konventionellen Fräsköpfen vom Typ "Twist" kommen für das Erreichen der Drehbewegungen des Knies oder des Kopfes Schnecken- bzw. Kronenmechanismen zum Einsatz, die üblicherweise zu Verschleißerscheinungen führen und in der Folge wartungsanfällig sind und regelmäßige Einstellungen erforderlich machen.

Der den Gegenstand der vorliegenden Erfindung darstellende Fräskopf umgeht dieses Problem durch den Einsatz der nachstehend beschriebenen Vorrichtungen und Systeme:

  • a) Das Antriebssystem des Fräskopfes und des Knies besteht aus einem Vorgelege mit zylindrischen Zahnrädern mit Schneckenverzahnung, welche durch die Wirkung von koaxial angeordneten und permanent den Verschleiß, Sprünge und beliebige sonstige Unterbrechungen kompensierenden Federn kontinuierlich unter Vorspannung gehalten werden.

    Bei dem Antriebssystem für die Drehbewegung des Knies wirkt das Paar unter Vorspannung stehender Zahnräder auf eine drittes Zahnrad, während der Angriff bei dem in einer Gabel angeordneten Kopfstück von zwei vorgespannten Zahnrädern auf zwei jeweils an einem Arm der Gabel angeordnete Zahnräder mit dem Zweck erfolgt, einen symmetrischen Vorschub zu erreichen.

    Die hier genannten Antriebssysteme sind mit einem Abtaster verbunden, welcher mit Bezug auf die Drehwelle oder ein unabhängiges Vorgelege eine koaxiale Position einnehmen kann.
  • b) Die Blockierung/Freigabe des Knies mit Bezug auf die Maschine bzw. des Fräskopfs mit Bezug auf das Knie wird mit Hilfe von hydromechanischen Blockiersätzen realisiert, in denen jede Blockiervorrichtung einen als Stempel wirkenden Körper, einen als Kolben wirkenden Hals und ein Kopfstück in T-Form mit einer Andruck-/Drucklöse-Funktion definiert, wobei die Blockiervorrichtungen in entsprechend in den Maschinenkörper bzw. ggf. in das Knie eingearbeiteten Aufnahmelöchern sitzen und wobei die T-förmigen Kopfstücke in am äußeren Umfang des Knies bzw. ggf. des Kopfes eingebrachten Aussparungen sitzen und die einzelnen Federn um den Hals von in dem Bohrloch sitzenden und Druck auf den Körper und auf die Maschine selbst bzw. ggf. auf das Knie ausübenden Schrauben angeordnet sind.

Die Blockiervorrichtungen des Knies und des Kopfes ermöglichen die Sicherung der erreichten Position in mit einer Präzision von 0,001 Grad. Die von der Blockiervorrichtung ausgeübte Kraft ist in der Lage die vom Fräskopf bei voller Leistung erzeugten Kräfte zu ertragen.

Für das bessere Verständnis des Gegenstands der hier beschriebenen Erfindung wird auf den vorgelegten Zeichnungen eine praktische Ausführung derselben dargestellt, die zwar Änderungen unterworfen sein kann aber in keinem Fall die Grundlagen und das Prinzip der Erfindung schmälert.

1 zeigt eine schematische Ansicht eines Längsschnitts durch eine praktische Ausführung des den Gegenstand der vorliegenden Erfindung ausmachenden Fräskopfes, bei der das Antriebssystem des Kopfes (2) und die Blockier-/Freigabe-Systeme mit Bezug auf das Knie (1) zu erkennen sind.

2 zeigt eine schematische Ansicht eines Längsschnitts durch eine praktische Ausführung des den Gegenstand der vorliegenden Erfindung ausmachenden Fräskopfes, bei der das Antriebssystem des Knies (1) und die Blockier-/Freigabe-Systeme mit Bezug auf die Maschine (17) zu erkennen sind.

Nachstehend wird ein Beispiel einer praktischen Ausführung beschrieben, das allerdings für die vorliegende Erfindung nicht beschränkend ist noch sein soll.

Der Fräskopf besteht dabei aus zwei Teilen, einem Knie (1) und einem Werkzeugträger-Kopf (2), die miteinander verbunden sind.

Das Knie (1) für die Positionierung dreht um die Achse A, während der Fräskopf (2) um die Achse B dreht.

Die Positionierung im Raum der Welle des Kopfes, an dem das Fräswerkzeug sitzt (Welle C) wird durch die Positionierung des Fräskopfes (2) und des Knies (1) in bestimmten Winkeln zueinander erreicht.

Um eine nutzbare Positionierung der Welle des Fräskopfes (C) erreichen zu können ist es erforderlich, daß die Positionierung des Fräskopfes (2) und des Knies (1) stufenweise erfolgt, d.h. daß die Inkremente der möglichen Positionierungen innerhalb einer Spanne liegen, die so klein wie eben möglich sein soll. (Bei dem den Gegenstand der vorliegenden Erfindung ausmachenden Fräskopf wird eine Präzision von 0,001 Grad erreicht).

Zusätzlich zum Erreichen einer nutzbaren und präzisen Positionierung der Welle des Fräskopfes (C) ist bei dem hier beschriebenen Fräskopf die Möglichkeit einer kontinuierlich gesteuerten Fahrstrecke der Welle C und damit des Werkzeugs gegeben, welche im Zusammenspiel mit dem linearen Verfahren der Schlitten einer Werkzeugmaschine das Fräsen von kurvenförmigen Flächen (Fräsen auf 5 Achsen) möglich macht.

Funktionsweise Wie auf der schematischen Darstellung der 2 zu erkennen ist, ist das Knie (1) mit dem Schlitten oder einem sonstigen Element einer Werkzeugmaschine (17) verbunden und dreht um die Achse A. Für die Drehbewegung und axiale Steuerung des Knies (2) werden Wälzlager (D1) und (D2) eingesetzt, wobei allerdings gleichermaßen Buchsen oder Lager verwendet werden können.

Bei dem Antriebssystem handelt es sich um ein Servosystem mit geschlossenem Kreislauf bestehend aus einem Antriebsmotor und einem Meßsystem (11), (12). Die Steuerung des Servosystems kann dabei über eine numerische Steuerung, einen steuerprogrammierbaren Speicher oder mit Hilfe von elektronischen Steuerkarten und einer Positionssteuerung erfolgen.

Der Antrieb für die Drehbewegung wird mit Hilfe eines unabhängigen Motors (nicht dargestellt) erreicht, der elektronisch oder hydraulisch sein kann. Der Motor ist an ein Vorgelege (14) aus zwei Zahnrädern gekoppelt, welche über eine koaxial angeordnete Feder (13) vorgespannt gehalten werden und auf ein Zahnrad (16) greifen, welches fest mit dem aus der Drehwelle (15) und dem Knie (1) bestehenden Zusammenbau verbunden ist.

Das Maß für die Position der Drehbewegung des Knies (1) wird mit Hilfe eines Abtasters (12) ermittelt, welcher die Drehbewegung über ein Vorgelege (11) mit minimalem Spiel für die Drehbewegung des Knies (1) übermittelt bekommt. Das Vorgelege kann aus Zahnrädern bestehen, kann aber auch eine Ausführung mit Treibriemen haben.

Um das oben angesprochene minimale Spiel zu erreichen bzw., was dasselbe ist, um das Übertragen von Meßfehlern aufgrund von Verformungen der Welle (15) durch Verwindung zu vermeiden ist vorgesehen worden, daß das Getriebe (11) für die kinematische Übertragung auf den Abtaster (12) so weit wie möglich von der Verbindung mit dem Zahnrad des Vorgeleges (16) entfernt in die Welle (15) eingreift.

In dem Moment, in dem das Knie (1) richtig positioniert ist, wird es blockiert und an dem Schlitten oder das sonstige Element der Werkzeugmaschine (16) fixiert, und zwar durch den vom Knie (1) auf das auf dem Schlitten oder auf dem sonstigen Element der Werkzeugmaschine gehaltene Bezugselement (17), wobei dieses auch der Schlitten selbst bzw. das sonstige Maschinenelement sein kann. Die auf das Knie (1) und das Bezugselement (17) ausgeübte Blockierkraft wird entweder mit Hilfe von hydraulischem Druck oder durch die Verwendung von entsprechenden Federn oder aber auch durch beides gleichzeitig erreicht.

Bei dem vorgestellten Ausführungsbeispiel (im Einzelnen in der 2 zu erkennen) ist die Positionierung des Knies (1) mit Bezug auf den Schlitten oder das sonstige Element der Werkzeugmaschine (17) zu erkennen, sowie ebenfalls die Form, in der dieses blockiert wird. Der Einfachheit halber ist lediglich eins dargestellt, obwohl mehrere gleichartige und um den äußeren Umfang angeordnete Sätze gegeben sind.

In das Knie (1) ist eine umlaufende Aussparung eingebracht (23), in welcher die Köpfe (24) von verschiedenen Andrückschrauben (22) mit dem als Stempel wirkenden Körper (19), als Kolben wirkenden Hals (21) und dem Kopf (24) mit Andrück-/Drucklöse-Funktion untergebracht sind, wobei die Körper (19) dieser Schrauben (22) in umlaufend eingebrachten Bohrlöchern (18) sitzen. Außerdem sind in diesen Bohrlöchern (18) verschiedene Tellerfedern (20) angeordnet, welche den Hals (21) der jeweils entsprechenden Schraube (22) begleiten und Druck auf den Körper und die gegenüberliegende Wand ausüben.

Das Knie (1) blockiert sich/drückt auf das Bezugselement/Komponente (17) aufgrund des von den genannten Köpfen (24) aufgebrachten und auf eine Seite des Stempels (19) wirkenden hydraulischen Drucks und der Wirkung der Tellerfedern (20). Die Freigabe, welche die ungehinderte Drehbewegung des Knies (1) ermöglicht, wird einerseits durch die Aufhebung der oben beschriebenen Blockierkraft und andererseits durch die Erzeugung einer in Gegenrichtung wirkenden Kraft erreicht, und zwar durch den auf die andere Seite des Stempels (19) aufgebrachten hydraulischen Druck, auf dessen Wirkung hin ein Freiraum an den Köpfen (24), den Schrauben (21) in ihren jeweiligen Aufnahmen (23) und des Knies (1) erreicht wird, der Raum für die freie Drehbewegung des Knies (1) gibt.

Bei dem vorgestellten Ausführungsbeispiel (im Einzelnen in der 1 zu erkennen) ist die Positionierung des Kopfes (2) mit Bezug auf das Knie (1) zu erkennen, sowie ebenfalls die Form, in welcher der Kopf an dem Knie blockiert wird.

Der Kopf (2) ist mit dem Knie (1) fest verbunden und dreht um die Achse B. Für die Drehbewegung werden Wälzlager E und für die axiale Steuerung Wälzlager F eingesetzt, wobei allerdings gleichermaßen Buchsen oder Lager verwendet werden können.

Bei dem Antriebssystem handelt es sich um ein Servosystem mit geschlossenem Kreislauf, bestehend aus einem Antriebsmotor und einem Meßsystem. Die Steuerung des Servosystems kann dabei über eine numerische Steuerung, einen steuerprogrammierbaren Speicher oder mit Hilfe von elektronischen Steuerkarten und einer Positionssteuerung erfolgen.

Der Antrieb für die Drehbewegung wird mit Hilfe eines unabhängigen elektrischen oder hydraulischen Motors (25) und einer Transmission erreicht, die zusammen die kinematische Kette (CC) bilden, welche ihrerseits den Bewegungsablauf auf zwei über die Buchse (7) verbundene und von der koaxial angeordneten Feder (7) vorgespannte Vorgelege (8) übertragen, die ihrerseits in die an beiden Armen der Gabel sitzenden und fest mit dem Kopf (1) verbundenen Zahnräder (10) eingreifen.

Das Maß für die Position der Drehbewegung des Kopfes (2) wird mit Hilfe eines Abtasters (6) ermittelt, welcher koaxial auf der Drehwelle des Kopfes angeordnet ist.

In dem Moment, in dem der Kopf (2) richtig positioniert ist, wird er blockiert und am Knie fixiert, und zwar analog zu der weiter oben beschriebenen Fixierung zwischen dem Knie (1) und dem Bezugselement der Werkzeugmaschine, nur in diesem Fall durch die Wirkung der Kronenräder (10) auf das Knie (1). Die Blockierkraft wird entweder mit Hilfe von hydraulischem Druck oder durch die Verwendung von entsprechenden Federn oder aber auch durch beides gleichzeitig erreicht Bei dem vorgestellten Ausführungsbeispiel (im Einzelnen in der 1 zu erkennen) ist die Positionierung des Kopfes (2) mit Bezug auf das Knie (1) zu erkennen, sowie ebenfalls die Form, in welcher der Kopf an dem Knie blockiert wird. Es sind dabei verschiedene ähnliche Sätze um den Umfang herum angeordnet, konkret in zwei gegenüber stehenden Serien, obwohl angesichts der Duplizität nur auf einen davon Bezug genommen wird.

In die zusammen mit dem Kopf (2) einen vollständigen Zusammenbau bildenden Zahnräder (10) ist eine umlaufende Aussparung (3) eingebracht worden, in welcher die T-förmigen Köpfe von verschiedenen Andruckschrauben mit dem als Stempel wirkenden Körper (4), untergebracht sind. Die als Blockiervorrichtung dienenden Zusammenbauten sitzen in umlaufend an den Armen der Gabel eingebrachten Bohrlöchern. Weiterhin vorgesehen sind verschiedene Tellerfedern (5), welche in den oben genannten Bohrlöchern des Knies (1) mit der Blockierfunktion untergebracht sind.

Die Blockierkraft zwischen den Zahnrädern (10) und dem Knie (2) wird entweder mit hydraulischem Druck oder aber durch die Verwendung von entsprechenden Federn oder auch durch beides gleichzeitig aufgebracht.

Bei dem vorgestellten Ausführungsbeispiel (im Einzelnen in der 1 zu erkennen) ist zu erkennen, wie die Position des Kopfes (2) aufgrund des auf den Kolben (4) wirkenden hydraulischen Drucks und in der Folge von der von den Schrauben (3) ausgeübten Kraft gegen Knie (1) gedrückt und dort blockiert wird. Für die Ausübung der Blockierkraft sind auf dem gesamten Umlauf mehrere Schrauben (3) verteilt angeordnet. Die Freigabe, welche die ungehinderte Drehbewegung des Kopfes (2) ermöglicht, wird einerseits durch die Aufhebung der oben beschriebenen Blockierkraft und andererseits durch die Erzeugung einer in Gegenrichtung wirkenden Kraft der Federn (5) erreicht, auf deren Wirkung hin ein Freiraum an den Schrauben (3) in ihrem jeweiligen Aufnahmen erreicht wird, welcher Raum für die freie Drehbewegung des Kopfes (2) gibt.

Es ist unschwer verständlich, daß für die Blockierung bzw. Freigabe des Knies (1) mit Bezug auf die Maschine (17) und des Kopfes (2) mit Bezug auf das Knie (1) das System auch umgedreht werden kann und die Aussparungen und Köpfe der Schrauben in gleicher Weise auch direkt an der Maschine anstelle am Knie (1) (insoweit es die Achse A betrifft) und/oder an dem Knie (1) anstelle am Kopf (2) (insoweit es die Achse B betrifft) angeordnet werden können.

Zum Weiteren beinhaltet die Erfindung die Möglichkeit anstelle von die Schraubenkörper aufnehmenden Blindlöchern eine durchgehende Aussparung einzubringen, so daß anstelle von unabhängigen Schrauben ein kontinuierliches ringförmiges Element verwendet werden kann.

Bei dem oben angesprochenen Vorgelege werden die einzelnen Zahnräder durch die Wirkung der koaxial angeordneten Federn (9) permanent vorgespannt, wodurch kontinuierlich Verschleiß, Sprüngen, Überbelastungen oder Unregelmäßigkeiten sonstiger Natur vorgebeugt wird.


Anspruch[de]
  1. Fräskopf für Fräsmaschinen vom Typ "Twist" mit einem bezüglich der Maschine (17) um eine erste Achse (A) drehbaren Knie (1), ausgestattet mit einem Hauptantrieb und einem bezüglich des Knies (1) um eine zweite Achse (B) sowie orthogonal mit Bezug auf die Achse (A) drehbaren und mit einem zweiten Antrieb versehenen Kopf (2), wobei die beiden genannten Antriebssysteme unabhängig voneinander arbeiten, dadurch gekennzeichnet, daß

    a) das Antriebssystem mit einem zylindrischen Vorgelege mit Schneckenverzahnung ausgerüstet ist, welches durch die Wirkung von koaxial angeordneten und permanent den Verschleiß, Sprünge und beliebige sonstige Unterbrechungen kompensierenden Federn kontinuierlich unter Vorspannung gehalten wird,

    b) die Blockierung/Freigabe des Knies (1) mit Bezug auf die Maschine (17) und den Fräskopf (2) mit Hilfe von Blockiersätzen realisiert wird, die im Prinzip aus einer Reihe von in am äußeren Umfang eingebrachten Einsparungen sitzenden Schrauben mit einem T-förmigen Kopf bestehen und bei denen die Blockierkraft des Kopfes entweder über die Aufbringung von hydraulischem Druck oder durch den Einsatz von entsprechend angeordneten Federn bzw. auch durch beides gleichzeitig erreicht wird.
Es folgen 2 Blatt Zeichnungen






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