DE3913139C2

DE3913139C2 -

Info

Publication number: DE3913139C2
Application number: DE19893913139
Authority: DE
Inventors: Herbert Schaffhausen Ch Gramespacher
Original assignee: GEORG FISCHER FMS DREHTECHNIK AG SCHAFFHAUSEN CH
Current assignee: GEORG FISCHER FMS DREHTECHNIK AG SCHAFFHAUSEN CH
Priority date: 1988-05-17
Filing date: 1989-04-21
Publication date: 1992-10-29
Also published as: DE3913139A1; CH674815A5

Description

Die Erfindung betrifft eine Werkzeugmaschine gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.The invention relates to a machine tool according to the Preamble of claim 1.

Eine derartige Werkzeugmaschine ist aus der DE 34 36 938 C1 bekannt und weist eine Einrichtung zur wahlweisen Bearbeitung eines Werkstücks mit einem feststehenden bzw. einem umlaufenden Schneidwerkzeug oder zur Aufnahme eines zu bearbeitenden Werkstücks auf. Die Einrichtung besitzt eine in einem Gehäuse gelagerte, antreibbare Spindel, in die in einer Werkzeugaufnahme ein Schneidwerkzeug einsetzbar oder an der eine Halterung für ein Werkstück anbringbar ist. Die Werkzeugmaschine ist mit einer Einrichtung zum Stillsetzen und Arretieren der Spindel in einer vorbestimmten Winkelstellung versehen. Zur Erreichung einer sehr feinen Teilung der Stillsetzposition sind insgesamt vier Stirnverzahnungsringe mit fünf Stirnverzahnungen und zwei verschiedenen Zahnteilungen vorgesehen, wobei zur Betätigung drei verschiedene Stelltriebe notwendig sind. Die feste Arretierung der Spindel erfolgt durch einen Ringkolben über die Stirnverzahnungsringe auf einem am Gehäuse befindlichen Ring. Die axiale Verspannung der Spindel erfolgt dabei über die Spindellagerung, welche zur Aufnahme von Kräften etwa eines Drehstahls bei Verwendung der Spindel als Werkzeugspindel ungenügend starr ist (Vibrationen beim Drehen). Somit ergibt sich ein hoher konstruktiver Aufwand aufgrund der zahlreichen Verzahnungsringe, Stirnverzahnungen und Stelltriebe sowie eine ungenügende axiale Starrheit.Such a machine tool is known from DE 34 36 938 C1 known and has a device for optional processing a workpiece with a fixed or a circumferential cutting tool or for receiving a machining workpiece. The facility owns a drivable spindle mounted in a housing, in a cutting tool can be used in a tool holder or can be attached to a holder for a workpiece is. The machine tool is with one device for stopping and locking the spindle in one provided predetermined angular position. To achieve a very fine division of the stop position overall four spur gear rings with five spur gear teeth and two different tooth pitches, three different actuators are required for actuation are. The spindle is locked in place through an annular piston over the spur gear rings a ring on the housing. The axial bracing the spindle takes place via the spindle bearing, which to absorb forces such as a turning tool insufficient when using the spindle as a tool spindle is rigid (vibrations when turning). Thus it results a lot of construction effort due to the numerous toothed rings, spur gears and Actuators as well as insufficient axial rigidity.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Werkzeugmaschine der genannten Art zu schaffen, die in konstruktiv einfacher Weise eine starre axiale Verspannung der Spindel ermöglicht.The invention has for its object a machine tool to create the kind mentioned in constructive a rigid axial bracing of the Spindle allows.

Diese Aufgabe wird in Verbindung mit den Oberbegriffsmerkmalen des Anspruchs erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Stirnverzahnungsring gegen den Druck von umfangsmäßig verteilt angeordneten Druckfedern mittels mehrerer im Gehäuse umfangsmäßig verteilter und durch ein Druckmedium beaufschlagbarer Druckkolben in die Stirnverzahnungen der Spindel und des Gehäuses drückbar ist und daß die spindelseitige Stirnverzahnung am aufnahmeseitigen Ende der Spindel und die gehäuseseitige Stirnverzahnung mit einem axial sich erstreckenden Spalt um die spindelseitige Stirnverzahnung herum am Gehäuse angeordnet ist.This task is done in conjunction with the preamble features of the claim solved according to the invention in that the spur gear ring against the pressure of circumferentially distributed compression springs by means of several distributed circumferentially in the housing and by a pressure medium pressurized piston in the spur gears the spindle and the housing can be pressed and that the spindle-side splines on the receiving side End of the spindle and the front toothing on the housing side with an axially extending gap around the spindle side Front toothing is arranged around the housing.

Auf diese Weise ist die Spindel beim Einsatz von feststehenden Werkzeugen drehfest mit dem Gehäuse verbindbar. Gleichzeitig wird dabei die Spindel in radialer Richtung kraft- und formschlüssig und in axialer Richtung kraftschlüssig ohne nennenswerte Verschiebung der Spindel fest mit dem Gehäuse verbunden, so daß die hohen Zerspanungskräfte beim Drehen von der Spindel über die Arretiervorrichtung direkt auf das Gehäuse übertragen werden.In this way the spindle is fixed when using Tools can be non-rotatably connected to the housing. At the same time, the spindle moves in the radial direction non-positive and non-positive in the axial direction without any significant displacement of the spindle connected to the housing so that the high cutting forces when turning from the spindle via the locking device can be transferred directly to the housing.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.Advantageous embodiments of the invention are the subject of subclaims.

Weitere Einzelheiten der Erfindung sind aus der folgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die schematische Zeichnung ersichtlich. Es zeigt Further details of the invention are from the following description of an embodiment with reference to the schematic drawing. It shows

Fig. 1 eine teilweise geschnitten dargestellte Teilansicht einer Werkzeugmaschine und Fig. 1 is a partially sectioned view of a machine tool and

Fig. 2 den Teilschnitt von Fig. 1 in vergrößerter Darstellung. Fig. 2 shows the partial section of Fig. 1 in an enlarged view.

Fig. 1 zeigt eine zur wahlweisen Bearbeitung eines Werkstücks bzw. zu dessen Aufnahme ausgebildete Einrichtung 1 einer Werkzeugmaschine, vorzugsweise eines Drehbearbeitungs-Zentrums, welches für Dreh-, Bohr-, Fräs- und Schleifbearbeitung aus gebildet ist. Fig. 1 shows a trained for selectively processing a workpiece or to its recording device 1 of a machine tool, a rotary machining center preferably, which is formed for turning, drilling, milling and grinding off.

Die Einrichtung 1 ist auf einem in X-Richtung ver schiebbaren Schlitten 2 mittels eines Antriebes 4 schwenk bar um eine Achse 3 angeordnet. Die Einrichtung 1 ist vorzugsweise mindestens um 180° schwenkbar, wobei sie in den Stellungen 0°, 90° und 180° mittels einer Arretier vorrichtung 5 formschlüssig positioniert wird.The device 1 is arranged on a slide 2 ver in the X direction by means of a drive 4 swivel bar about an axis 3 . The device 1 is preferably pivotable at least 180 °, wherein it is positively positioned in the positions 0 °, 90 ° and 180 ° by means of a locking device 5 .

Vorzugsweise ist der Antrieb 4 mit einer NC-Steuerung wirk verbunden, wobei die Einrichtung 1 in jeder belie bigen Stellung zwischen 0° und 180° positionierbar und durch eine Klemmung fest mit dem Schlitten 2 verbindbar ist.Preferably, the drive 4 is operatively connected to an NC control, the device 1 being positionable in any position between 0 ° and 180 ° and being securely connected to the carriage 2 by clamping.

In einem Gehäuse 6 der Einrichtung 1 ist eine Spin del 7 gelagert, deren Drehachse 8 in einem Winkel von 90° zur Achse 3 verläuft. Die in Wälzlagern 9 gelagerte Spindel 7 ist direkt mit einem Elektromotor 10 antreibbar, wobei dessen Rotor 10a zwischen den Lagern auf der Spindel 7 an geordnet ist. Der Stator 10b ist direkt im Gehäuse 6 ange ordnet, wobei der Elektromotor 10 mittels in Kanälen 11 zirkulierender Kühlflüssigkeit gekühlt wird.In a housing 6 of the device 1 , a spin del 7 is mounted, the axis of rotation 8 of which extends at an angle of 90 ° to the axis 3 . The spindle 7 mounted in roller bearings 9 can be driven directly by an electric motor 10 , the rotor 10 a of which is arranged between the bearings on the spindle 7 . The stator 10 b is arranged directly in the housing 6 , the electric motor 10 being cooled by means of cooling liquid circulating in channels 11 .

Die Spindel 7 weist eine Werkzeugaufnahme 12 auf, welche z. B. als genormte Steilkegel-Aufnahme ausgebildet ist. The spindle 7 has a tool holder 12 , which, for. B. is designed as a standardized steep taper receptacle.

Die Verdrehsicherung bzw. Positionierung in Umfangsrichtung zwischen einem Werkzeug 13b und der Spindel 7 erfolgt über einen Mit nehmerflansch und zwei Nuten am Werkzeugschaft, in die ent sprechende Mitnehmersteine der Spindel 7 eingreifen.The anti-rotation or positioning in the circumferential direction between a tool 13 b and the spindle 7 takes place via a slave flange and two grooves on the tool shank, engaging in the corresponding driver blocks of the spindle 7 .

Das Spannen der Werkzeuge 13a bzw. 13b in der Spindel 7 erfolgt mit tels einer Schnellspannvorrichtung 14, welche in bekannter Weise mit Federdruck spannt und mit hydraulischem Druck löst.The tools 13 a and 13 b are clamped in the spindle 7 by means of a quick-action clamping device 14 , which clamps in a known manner with spring pressure and releases with hydraulic pressure.

An dem der Werkzeugaufnahme 12 gegenüberliegenden Ende der Spindel 7 ist eine Druckmedium-Zufuhrvorrichtung 15a und eine Kühlmittelzuführvorrichtung 15b angeordnet. Das Druckmedium wird einem Betätigungskolben der Werkzeug-Schnellspannvor richtung 14 zugeführt, und das Kühlmittel wird über Bohrun gen in der Spindel 7 und im Werkzeug direkt zur Werkzeug schneide geleitet.At the end of the spindle 7 opposite the tool holder 12 , a pressure medium supply device 15 a and a coolant supply device 15 b are arranged. The pressure medium is fed to an actuating piston of the tool Schnellspannvor device 14 , and the coolant is passed through holes in the spindle 7 and in the tool directly to the tool cutting edge.

Die Einrichtung 1 weist auf der Seite der Werkzeug aufnahme 12 eine Werkzeugwechselvorrichtung 16 auf, mittels welcher die in einem Magazin gelagerten Werkzeuge 13a bzw. 13b auto matisch in die Spindel 7 eingesetzt bzw. wieder im Magazin abgelegt werden. Hierfür ist am Werkzeug eine genormte Aufnahmenut 17 angeordnet, in welche ein Greifer 18 eines Schwenkhebels 19 eingreift.The device 1 has on the side of the tool holder 12 a tool changing device 16 , by means of which the tools 13 a and 13 b stored in a magazine are automatically inserted into the spindle 7 or placed back in the magazine. For this purpose, a standardized receiving groove 17 is arranged on the tool, in which a gripper 18 of a pivot lever 19 engages.

Auf der gleichen Seite ist die Einrichtung 1 mit einer vor den Lagern 9 angeordneten Arretiervorrichtung 20 versehen, mittels welcher die Spindel 7 drehfest mit dem Gehäuse 6 verbindbar ist, wobei gleichzeitig die Spindel 7 axial ohne deren Verschiebung und radial mit dem Gehäuse 6 formschlüssig und/oder kraftschlüssig verbindbar ist. On the same side, the device 1 is provided with a locking device 20 arranged in front of the bearings 9 , by means of which the spindle 7 can be connected in a rotationally fixed manner to the housing 6 , the spindle 7 at the same time being axially positive without displacement and radially with the housing 6 and / or is non-positively connectable.

Da die Einrichtung 1 für die Verwendung von festste henden Schneidwerkzeugen 13a, wie z. B. Drehwerkzeuge, Aus drehwerkzeuge, Bohrstangen usw. als auch für umlaufende Schneidwerkzeuge 13b, wie z. B. Fräser, Bohrer, Säge- oder Schleifwerkzeuge ausgebildet ist, ist die steuerbare Arre tiervorrichtung 20 beim Einsatz von feststehenden Werkzeu gen 13a erforderlich, damit die hohen Zerspanungskräfte vibrationsfrei auf das Gehäuse übertragbar sind.Since the device 1 for the use of fixed cutting tools 13 a, such. B. turning tools, turning tools, boring bars, etc. as well as rotating cutting tools 13 b, such as. B. milling cutter, drill, saw or grinding tools, the controllable Arre animal device 20 when using fixed tools gene 13 a is required so that the high cutting forces can be transmitted vibration-free to the housing.

Fig. 2 zeigt die Arretiervorrichtung 20 vergrößert im Längsschnitt. Die Arretiervorrichtung 20 weist ein am werkzeugseitigen Ende der Spindel 7 befestigtes, scheiben förmiges Teil 21 mit einer Stirnverzahnung 22, ein am Ge häuse 6 befestigtes Flanschteil 23 mit einer Stirnverzah nung 24 und einen axial verschiebbaren Stirnverzahnungsring 25 auf. Im Flanschteil 23 sind umfangsmäßig verteilt meh rere Druckkolben 26 angeordnet, welche bei Beaufschlagung durch ein Druckmedium den Stirnverzahnungsring 25 in die beiden Stirnverzahnungen 22 und 24 drücken, wodurch eine formschlüssige drehfeste Verbindung zwischen der Spindel 7 und dem Gehäuse 6 entsteht. Die Stirnverzahnungen sind als sogenannte Hirth-Verzahnungen ausgebildet, deren Zahnquer schnitt dreiecksförmig ist und vom äußeren Durchmesser zum inneren Durchmesser hin sich konisch verjüngt. Dadurch ist die Spindel 7 gegenüber dem Gehäuse 6 auch in radialer Rich tung formschlüssig und kraftschlüssig fest gehalten. Fig. 2 shows the locking device 20 enlarged in longitudinal section. The locking device 20 has a fixed to the tool-side end of the spindle 7 , disk-shaped part 21 with a spur toothing 22 , a housing 6 attached to the Ge 6 flange part 23 with a spur toothing 24 and an axially displaceable spur gear ring 25 . In the flange part 23 , several pressure pistons 26 are distributed over the circumference, which press the spur gear ring 25 into the two spur gears 22 and 24 when acted upon by a pressure medium, thereby creating a positive, rotationally fixed connection between the spindle 7 and the housing 6 . The spur gears are designed as so-called Hirth gears, the tooth cross section of which is triangular and tapers conically from the outer diameter to the inner diameter. As a result, the spindle 7 is held in a positive and non-positive manner relative to the housing 6 in the radial direction.

Durch den axialen Druck der Druckkolben 26 wird eine an der Spindel 7 angeordnete ringförmige Stirnfläche 27 zur festen Anlage an eine entsprechende Stirnfläche 28 des Flanschteiles 23 gebracht, wodurch die Spindel 7 ohne eine nennenswerte Verschiebung kraftschlüssig in axialer Richtung mit dem Gehäuse 6 verbunden ist, wenn feststehende Werkzeuge 13a für die Be arbeitung eingesetzt werden. Dadurch kommt ein eventuelles axiales Spiel in den Wälzlagern 9 nicht zur Wirkung. Due to the axial pressure of the pressure piston 26 , an annular end face 27 arranged on the spindle 7 is brought into firm contact with a corresponding end face 28 of the flange part 23 , whereby the spindle 7 is non-positively connected in the axial direction to the housing 6 without any significant displacement when Fixed tools 13 a can be used for machining. As a result, any axial play in the roller bearings 9 does not come into effect.

Zwischen dem Stirnverzahnungsring 25 und der Stirnverzah nung 24 am Flanschteil 23 sind umfangsmäßig verteilt Druckfedern 23 angeordnet, welche den Stirnverzahnungsring 25 bei druckentlasteten Druckkolben 26 so weit axial zu rückschieben, daß die Stirnverzahnungen 22, 24 und 25 au ßer Eingriff kommen. Dadurch ist die Spindel 7 für den Ein satz von umlaufenden Werkzeugen 13b von der starren Verbin dung mit dem Gehäuse 6 gelöst.Between the spur gear ring 25 and the spur toothing 24 on the flange 23 are arranged circumferentially distributed compression springs 23 which push the spur gear ring 25 axially back under pressure relieved pressure piston 26 so that the spur gears 22, 24 and 25 come out of engagement. As a result, the spindle 7 is released for the use of rotating tools 13 b from the rigid connec tion with the housing 6 .

Die Arretiervorrichtung 20 ist mit einer Programmsteuerung der Werkzeugmaschine wirkverbunden, welche abhängig von den zum Einsatz gelangenden Werkzeugen die Zufuhr des Druckme diums zu den Druckkolben 26 entweder öffnet oder schließt.The locking device 20 is operatively connected to a program control of the machine tool which, depending on the tools used, either opens or closes the supply of the pressure medium to the pressure piston 26 .

Die Arretiervorrichtung 20 kann auch funktio nell gleich bei einem Spindelstock eines Drehbearbeitungs- Zentrums verwendet werden, wobei die Spindel 7 als Dreh spindel zur Aufnahme von Halterungen wie z. B. Spannfutter, Zentrierspitzen oder andere Spanneinrichtungen zur Aufnahme von zu bearbeitenden Werkstücken ausgebildet ist.The locking device 20 can also be used functio nell the same with a headstock of a turning center, the spindle 7 as a rotary spindle for receiving brackets such. B. chucks, centering tips or other clamping devices for receiving workpieces to be machined.

Für Fräs- bzw. Bohrbearbeitungen an den Werkstücken ist eine feste Arretierung der Drehspindel erforderlich, was ebenfalls mit der zu den Fig. 1 und 2 beschriebenen Einrich tung gewährleistet ist.For milling or drilling operations on the workpieces, a fixed locking of the rotating spindle is required, which is also ensured with the device described for FIGS . 1 and 2.

Bei einem Drehbearbeitungszentrum mit zwei gegenüberliegen den Drehspindeln und einer oder mehrerer Werkzeugeinrichtun gen gemäß Fig. 1 und 2 können die Teile für die Arretier vorrichtung identisch ausgebildet werden, so daß durch die mindestens dreifache Stückzahl pro Maschine eine rationelle Fertigung dieser Teile gegeben ist.In a turning center with two opposite the rotating spindles and one or more tooling conditions according to FIGS. 1 and 2, the parts for the locking device can be designed identically, so that rational production of these parts is given by the at least three times the number of pieces per machine.

Claims

1. Machine tool with a device ( 1 ) for the optional machining of a workpiece with a fixed or a rotating cutting tool ( 13 a; 13 b) or for receiving a workpiece to be machined, the device ( 1 ) in a housing ( 6 ) Has mounted, drivable spindle ( 7 ) into which a cutting tool ( 13 a; 13 b) can be inserted in a tool holder ( 12 ) or to which a holder for a workpiece can be attached and which is in a positioned rotational position by means of a controllable locking device ( 20 ) Can be connected in a rotationally fixed manner to the housing ( 6 ), the locking device ( 20 ) each having spur gear teeth ( 22; 24 ) arranged on the spindle ( 7 ) and on the housing ( 6 ), which can be connected in a rotationally fixed manner by means of an axially displaceable spur gear ring ( 25 ) , characterized in that the spur gear ring ( 25 ) against the pressure of pressure springs ( 29 ) distributed around the circumference by means of A plurality of pressure pistons ( 26 ) distributed circumferentially in the housing ( 6 ) and acted upon by a pressure medium into the spur gears ( 22; 24 ) of the spindle ( 7 ) and the housing ( 6 ) can be pressed and that the spindle-side spur toothing ( 22 ) at the receiving end of the spindle ( 7 ) and the housing-side spur toothing ( 24 ) with an axially extending gap around the spindle-side spur toothing ( 22 ) is arranged around the housing ( 6 ).

2. Machine tool according to claim 1, characterized in that by the axial pressure of the pressure piston ( 26 ) arranged on the spindle ( 7 ), annular end face ( 27 ) for fixed contact with a corresponding end face ( 28 ) one with the housing ( 6 ) fixed flange parts ( 23 ) can be brought.

3. Machine tool according to claim 1 or 2, characterized in that the spur gears ( 22; 24; 25 ) are designed as Hirth teeth with conical teeth from the outside inwards.

4. Machine tool according to one of claims 1 to 3, characterized in that the locking device ( 20 ) is operatively connected via control elements with a program control for the machine tool.

5. Machine tool according to one of claims 1 to 4, characterized in that the rotor ( 10 a) of an electric motor ( 10 ) is arranged directly on the spindle ( 7 ), the associated stator ( 10 b) arranged in the housing ( 6 ). can be cooled by means of a liquid coolant.

6. Machine tool according to one of claims 1 to 5, characterized in that on the tool holder ( 12 ) opposite end of the spindle ( 7 ) a pressure medium supply device ( 15 a) and a coolant supply device ( 15 b) are arranged, the pressure medium to one Actuating piston of a quick-action tool clamping device ( 14 ) and the coolant can be fed directly to the tool cutting edge through bores in the spindle ( 7 ) and in the tool.

7. Machine tool according to claim 6, characterized in that both the fixed cutting tools ( 13 a) and the rotating cutting tools ( 13 b) by means of the same quick release device ( 14 ) with the spindle ( 7 ) are firmly connected.

8. Machine tool according to one of claims 1 to 7, characterized in that the device ( 1 ) about an axis of rotation ( 8 ) of the spindle ( 7 ) perpendicular axis ( 3 ) is pivotable, in at least three positions offset by 90 ° to each other is positively and / or frictionally lockable and can be non-positively locked in a pivoting range of at least 180 ° in any position.